BR112018070574B1 - Unidade de polimerização e processo de polimerização - Google Patents

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Abstract

A presente invenção se refere a processos e aparelhos úteis para polimerização iônica (rápida) de mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos) para a produção do polímero (ou polímeros) correspondente.

Description

Introdução
[0001] A presente invenção se refere a processos e aparelhos úteis para polimerização iônica (rápida) de mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos) para a produção do polímero (ou polímeros) correspondente. Mais particularmente, a presente invenção se refere a processos e aparelhos úteis para polimerização catiônica de mistura de reação contendo isobutileno líquido para a produção do correspondente poli-isobutileno.
Técnica anterior
[0002] A polimerização iônica de monômero líquido (ou monômeros líquidos) e, mais particularmente, a polimerização catiônica de olefinas com o uso de catalisadores do tipo Friedel-Crafts é bem conhecida. Poli- isobutieno (“PIB”), mais particularmente, poli-isobutileno de baixo peso molecular, é um polímero industrial muito importante que é produzido pelo dito processo de polimerização catiônica. Nas últimas décadas, a maioria dos esforços de pesquisa se concentrou na produção de PIB altamente reativo (“HR PIB”) e no desenvolvimento de sistemas catalisadores para produzir o PIB.
[0003] O grau de polimerização do polímero obtido pode variar dependendo da tecnologia de polimerização escolhida e da seleção dos parâmetros que controlam a reação de polimerização; uma variedade de polímeros que têm diferentes pesos moleculares médios pode ser produzida controlando-se o dito grau de polimerização.
[0004] O documento US6525149 revela um processo de polimerização de fase líquida para preparar um produto de poliolefina que tem propriedades pré-selecionadas em que a matéria-prima e a composição de catalisador são introduzidas em uma mistura de reação residual que recircula em uma zona de reação de reator de laço fornecida no lado de tubo de um casco e trocador de calor de tubo a uma taxa de recirculação suficiente para causar a misturação integral da mistura de reação residual, a matéria-prima adicionada e a composição de catalisador adicionada. O calor da reação de polimerização é removido da mistura por adição misturada integralmente em recirculação a uma taxa calculada para fornecer uma temperatura de reação substancialmente constante na mesma enquanto está recirculando na dita zona de reação. As condições no reator são adequadas para fazer com que componentes olefínicos introduzidos na dita matéria-prima sejam submetidos à polimerização para formar o produto de poliolefina desejado na presença da composição de catalisador; a corrente de produto contendo o produto de poliolefina desejado é retirada da zona de reação; a introdução da matéria-prima na zona de reação e a remoção da corrente de produto da zona de reação são controladas de tal modo que o tempo de permanência dos componentes olefínicos submetidos à polimerização na zona de reação seja adequado para a produção do produto de poliolefina desejado.
[0005] O documento WO2013062758 (da mesma Requerente do documento US6525149) também revela um método para produzir um polímero poli-isobutileno em um reator de laço de recirculação com um ou mais tubos de reação em contato com um meio de transferência de calor; em particular, o dito método inclui controlar o delta P e a reação de polimerização para fornecer uma velocidade linear da mistura de reação de pelo menos 3,35 m/s (11 ft/s) nos um ou mais tubos do reator de laço e/ou controlar o delta P e a reação de polimerização para fornecer razões de recirculação específicas. O reator de tubo e casco usado nos exemplos compreende não menos de 1164 tubos com diâmetro externo de tubo de 9,52 mm (0,375").
[0006] A morfologia desse tipo de reatores de tubo e casco gera desvantagens e/ou restrições inerentes em termos de possibilidades operacionais e desempenhos. Por exemplo, a multitude de tubos não apenas exige condições rígidas de fabricação, como também impacta negativamente a tecnologia correspondente devido ao fato de que, por exemplo, - não permite introduções separadas de reagentes, - substituição de tubos devido a incrustação e/ou bloqueio é problemática, - um fluxo de refrigerante por toda a seção em corte transversal e todo o volume do reator favorece passagens preferenciais do dito refrigerante e cria de modo correspondente inomogeneidade de resfriamento (por exemplo, zonas mortas), o que, por sua vez, diminui a eficiência geral do processo, - para um dado volume de reator, a razão entre a área de superfície e o volume de mistura de reação é limitada, etc.
[0007] Desse modo, ainda é desejável desenvolver uma unidade/processo de polimerização que permite fornecer um processo com eficiência energética que produz um polímero que tem uma distribuição de peso molecular restrita. Esse é um dos objetivos da presente invenção juntamente aos objetivos/vantagens a seguir, como mostrado na presente invenção, isto é, - Uma superfície de troca melhorada entre a mistura de reação e o refrigerante, e/ou - Uma razão melhorada entre área de transferência de calor e volume, e/ou - Uma dimensão de tubulação de mistura de reação melhorada (reduzida) (por exemplo, seu comprimento) entre a entrada e a saída do reator de polimerização (zonas que, de outro modo, tenderiam a desenvolver reação adiabática), e/ou - Uma trajetória de fluxo de mistura de reação melhorada no reator e/ou no sistema de tubulação de mistura de reação que reduz ou até mesmo elimina as passagens preferenciais e/ou as zonas mortas prejudiciais da técnica anterior, e/ou - Uma dimensão melhorada (reduzida) do reator em comparação, por exemplo, ao reator tubular da técnica anterior, e/ou - Um padrão de queda de pressão baixa habilitado no lado do processo de mistura de reação, e/ou - Um controle melhorado dos estágios de iniciação e/ou propagação inicial da reação de polimerização, e/ou - Uma misturação melhorada da mistura de reação e componentes de sistema de catalisador nos estágios iniciais da reação para alcançar uma reação homogênea, e/ou - A possibilidade de introduzir os reagentes (incluindo o catalisador) em diferentes locais no reator, e/ou - Um fluxo de refrigerante dividido e controlado que elimina os riscos associados a passagens preferenciais encontrados na técnica anterior.
[0008] Vantagens adicionais proporcionadas pela presente invenção serão detalhadas na presente descrição.
Invenção UNIDADE Figuras - sumário
[0009] As Figuras 1 e 2 são modalidades ilustrativas de esquemas de unidade de polimerização de acordo com a presente invenção.
[0010] A Figura 1 é uma modalidade ilustrativa de uma unidade de polimerização de acordo com a presente invenção.
[0011] A Figura 2 é uma modalidade ilustrativa de um sistema de reator e trocador de calor (“HERS”) de acordo com a presente invenção.
[0012] As Figuras 3, 4 e 5 são modalidades ilustrativas de esquemas de condições de processo de polimerização de acordo com a presente invenção. UNIDADE
[0013] A presente invenção se refere a uma unidade de polimerização para polimerização iônica de uma mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos), por exemplo, de isobutileno, que compreende um laço de polimerização e um laço de refrigerante e um sistema de reator e trocador de calor (“HERS”) que é compartilhado entre o laço de polimerização e o laço de refrigerante, em que • o laço de polimerização compreende um sistema de tubulação de mistura de reação conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS, • o laço de refrigerante compreende um sistema de tubulação de refrigerante conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS, • o sistema de tubulação de mistura de reação compreende uma bomba de circulação e o laço de polimerização compreende um sistema de remoção de polímero, caracterizada pelo fato de que 1. o HERS compreende pelo menos uma seção, 2. a dita seção (ou seções) de HERS compreende “n” (em que n é um número inteiro maior ou igual a 1) canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) para a mistura de reação e “n+1” passagens para o refrigerante, 3. as trajetórias de fluxo da mistura de reação no “n” canal (ou canais) de uma seção são paralelas unidirecionalmente, 4. as trajetórias de fluxo do refrigerante nas “n+1” passagens de uma seção são paralelas unidirecionalmente às trajetórias de fluxo de mistura de reação, e 5. o refrigerante não está em contato direto com a mistura de reação.
UNIDADE - delta T
[0014] A presente invenção se refere a uma unidade de polimerização para polimerização iônica de uma mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos), por exemplo, de isobutileno, que compreende um laço de polimerização e um laço de refrigerante e um sistema de reator e trocador de calor (“HERS”) que é compartilhado entre o laço de polimerização e o laço de refrigerante, em que • o laço de polimerização compreende um sistema de tubulação de mistura de reação conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS, • o laço de refrigerante compreende um sistema de tubulação de refrigerante conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS, • o sistema de tubulação de mistura de reação compreende uma bomba de circulação e o laço de polimerização compreende um sistema de remoção de polímero, caracterizada pelo fato de que 1. o HERS compreende pelo menos uma seção, 2. a dita seção (ou seções) de HERS compreende “n” (em que n é um número inteiro maior ou igual a 1) canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) para a mistura de reação e “n+1” passagens para o refrigerante, 3. as trajetórias de fluxo da mistura de reação no “n” canal (ou canais) de uma seção são paralelas unidirecionalmente, 4. as trajetórias de fluxo do refrigerante nas “n+1” passagens de uma seção são paralelas unidirecionalmente às trajetórias de fluxo de mistura de reação, 5. o refrigerante não está em contato direto com a mistura de reação, e 6. em que a diferença de temperatura do refrigerante entre qualquer ponto no lado do refrigerante do HERS é menor que 3 °C.
[0015] A mistura de reação de acordo com a presente invenção compreende, por exemplo, o monômero (ou monômeros) e o sistema de catalisador como definido adicionalmente na descrição a seguir.
[0016] O controle da temperatura no lado do refrigerante do HERS é um recurso preferencial de acordo com a presente invenção. Essa pode ser controlada, por exemplo, pelo tamanho das “n+1” passagens para o refrigerante e/ou pela taxa de fluxo do refrigerante e/ou pelo tipo de refrigerante.
[0017] A diferença de temperatura do refrigerante entre qualquer ponto no lado do refrigerante do HERS é, então, preferencialmente menor que 3 °C, preferencialmente menor que 2,5 °C, menor que 2 °C, menor que 1,5 °C, por exemplo, menor que 1 °C.
[0018] Refrigerante
[0019] De acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção, o refrigerante é um refrigerante evaporativo, isto é, um refrigerante que evapora pelo menos parcialmente no HERS; na dita configuração, o sistema de tubulação de refrigerante compreende um sistema de liquefação de refrigerante. Não há nenhuma restrição quanto à seleção do refrigerante de acordo com essa modalidade preferencial da presente invenção, desde que evapore pelo menos parcialmente nos canais de refrigerante do HERS. Exemplos ilustrativos de refrigerante preferencial que pode ser usado de acordo com a presente invenção são CFC (Clorofluorocarboneto), CFO (Clorofluoroolefina), HCFC (Hidroclorofluorocarboneto), HCFO (Hidroclorofluoroolefina), HFC (Hidrofluorocarboneto), HFO (Hidrofluoroolefina), HCC (Hidroclorocarboneto), HCO (Hidrocloroolefina), HC (Hidrocarboneto, por exemplo, propano e/ou butano), HO (Hidroolefina, por exemplo, alceno(s), por exemplo, propileno e/ou butileno), PFC (Perfluorocarboneto), PFO (Perfluoroolefina), PCC (Perclorocarboneto), PCO (Percloroolefina), Halon/Haloalcano, Amônia e/ou misturas dos mesmos. O propileno foi vantajosamente usado no processo da presente invenção.
UNIDADE - refrigerante evaporativo
[0020] De acordo com uma modalidade alternativa, a presente invenção se refere a uma unidade de polimerização para polimerização iônica de uma mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos), por exemplo, de isobutileno, que compreende um laço de polimerização e um laço de refrigerante e um sistema de reator e trocador de calor (“HERS”) que é compartilhado entre o laço de polimerização e o laço de refrigerante, em que • o laço de polimerização compreende um sistema de tubulação de mistura de reação conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS, • o laço de refrigerante compreende um sistema de tubulação de refrigerante conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS, • o laço de polimerização compreende uma bomba de circulação e um sistema de remoção de polímero, caracterizado pelo fato de que 1. o refrigerante é um refrigerante evaporativo, 2. o sistema de tubulação de refrigerante compreende um sistema de liquefação de refrigerante, 3. o HERS compreende pelo menos uma seção, 4. a dita seção (ou seções) de HERS compreende “n” (em que n é um número inteiro maior ou igual a 1) canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) para a mistura de reação e “n+1” passagens para o refrigerante, 5. as trajetórias de fluxo da mistura de reação no “n” canal (ou canais) de uma seção são paralelas unidirecionalmente, 6. as trajetórias de fluxo do refrigerante evaporativo nas “n+1” passagens de uma seção são paralelas unidirecionalmente às trajetórias de fluxo de mistura de reação, e 7. em que o refrigerante evaporativo não está em contato direto com a mistura de reação.
[0021] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a diferença de temperatura do refrigerante evaporativo entre qualquer ponto no lado do refrigerante do HERS é menor que 3 °C, preferencialmente menor que 2,5 °C, menor que 2 °C, menor que 1,5 °C, por exemplo, menor que 1 °C.
[0022] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o HERS compreende um casco que circunda o canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) de mistura de reação e onde o refrigerante, preferencialmente o refrigerante evaporativo, é circulado. O HERS é vantajosamente um reator do tipo placa e casco.
[0023] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o laço de polimerização compreende dois ou mais HERS em série, por exemplo, dois HERS em série. Na dita configuração, a saída de mistura de reação do primeiro HERS é conectada pelo sistema de tubulação de mistura de reação à entrada de mistura de reação do segundo HERS, e a saída de mistura de reação do segundo HERS é conectada por meio do sistema de tubulação de mistura de reação à entrada de mistura de reação do primeiro HERS.
HERS - material
[0024] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o material usado para as placas dos canais de mistura de reação é selecionado entre ligas de Monel (por exemplo, M400), graus de aço-carbono, graus de aço de liga e/ou graus de aço inoxidável; graus de aço-carbono e/ou aço de liga são preferenciais, em particular quando seu teor de cromo é menor que 10 % em peso, menor que 5 % em peso, menor que 1 % em peso, por exemplo, 0 % em peso. O dito mesmo material também é preferencialmente usado para todas as placas do HERS, preferencialmente para todo o HERS.
HERS - canais
[0025] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o HERS é um reator platular; nessa configuração platular, a seção (ou seções) de HERS compreende preferencialmente “n+1” passagens que são canais paralelepipédicos (por exemplo, canais paralelepipédicos de seção retangular) para o refrigerante, preferencialmente o refrigerante evaporativo. Em tal configuração, as « 2.n » placas principais do “n” (em que n é um número inteiro maior ou igual a 1) canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) (por exemplo, canais paralelepipédicos de seção retangular) para a mistura de reação são preferencialmente compartilhadas com as « 2.n » placas principais correspondentes do canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) (por exemplo, canais paralelepipédicos de seção retangular) para o refrigerante; em uma configuração em que o HERS compreende apenas uma seção, as duas placas principais faltantes do canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) para o refrigerante constituem, cada uma, a extremidade correspondente do HERS, como mostrado na figura 2 de acordo com a presente invenção.
HERS - seções « x »
[0026] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o HERS compreende pelo menos duas seções, preferencialmente “x” seções (em que x é um número inteiro maior ou igual a 2), em que as ditas seções são paralelas e estão em série (preferencialmente lado a lado).
HERS - trajetórias de fluxo
[0027] Na dita configuração, a trajetória de fluxo da mistura de reação em uma seção é preferencialmente oposta à trajetória de fluxo da mistura de reação na próxima seção (“trajetória de fluxo em serpentina”). Por exemplo, se a trajetória de fluxo da mistura de reação na primeira seção for ascendente, sua trajetória de fluxo na próxima seção será preferencialmente descendente; a trajetória de fluxo da mistura de reação na última seção é preferencialmente descendente. Embora a presente invenção abranja qualquer direção adequada para as ditas trajetórias de fluxo, por exemplo, oblíquas, horizontais ou verticais, a dita trajetória é preferencialmente vertical como mostrado nas figuras 1 e 2 de acordo com a presente invenção.
[0028] Uma seção compartilha preferencialmente sua última passagem/canal de refrigerante com a primeira passagem/canal de refrigerante da próxima seção.
[0029] Embora a presente invenção abranja qualquer direção adequada para as trajetórias de fluxo do refrigerante em suas “n+1” passagens/canais (desde que as ditas trajetórias sejam paralelas unidirecionalmente às trajetórias de fluxo de mistura de reação), por exemplo, oblíquas, horizontais ou verticais, a dita trajetória é preferencialmente vertical como mostrado na figura 2 de acordo com a presente invenção. De acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção, a direção da trajetória de fluxo do refrigerante evaporativo é ascendente (por exemplo, da parte inferior para a parte superior dos canais de refrigerante); pode ser a mesma direção ou a direção oposta da trajetória de fluxo da mistura de reação em uma seção de mistura de reação; é preferencialmente a mesma direção da trajetória de fluxo da mistura de reação na primeira seção de mistura de reação e, preferencialmente, na direção oposta da trajetória de fluxo da mistura de reação na última seção de mistura de reação.
HERS - número de seções « x »
[0030] De acordo com uma modalidade da presente invenção, “x” é preferencialmente par a fim de reduzir o volume morto do sistema de tubulação de mistura de reação, isto é, reduzindo-se a distância do sistema de tubulação de mistura de reação entre a entrada e a saída do HERS. Em uma modalidade preferencial, x é igual a 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 ou um número par maior, preferencialmente 6, 8, 10 ou 12, por exemplo, 8.
HERS - número de « n » canais
[0031] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a seção (ou seções) de HERS compreende “n” (em que n é um número inteiro maior ou igual 1) canais paralelepipédicos (por exemplo, canais paralelepipédicos de seção retangular) para a mistura de reação e “n+1” passagens (por exemplo, canais paralelepipédicos de seção retangular) para o refrigerante. Em uma modalidade preferencial, n está compreendido entre 2 e 20 (por exemplo, entre 4 e 16). Em uma modalidade preferencial, n é igual a 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, ou um número inteiro maior, preferencialmente 8, 9, 10, 11 ou 12, por exemplo, 10.
[0032] O número de canais paralelepipédicos “n” para a mistura de reação em cada seção pode variar. O número total de canais paralelepipédicos para a mistura de reação no HERS é igual à soma dos ditos canais em cada seção; por exemplo, se o número de canais paralelepipédicos para a mistura de reação em uma seção i do HERS for ni, o número total de canais paralelepipédicos para a mistura de reação no HERS é igual a
Figure img0001
. Em uma modalidade preferencial, o número de canais paralelepipédicos “n” para a mistura de reação em cada seção é igual. Nessa configuração, o número total de canais paralelepipédicos para a mistura de reação no HERS é, então, igual a “x” vezes “n” [(x.n)]; e o número total de passagens (preferencialmente canais paralelepipédicos) para o refrigerante no HERS é, então, preferencialmente igual a “x” vezes “n” mais um [(x.n+1)]. Na dita última configuração, e de acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção, o HERS compreende [2.(x.n)] placas principais correspondentes aos [(x.n)] canais paralelepipédicos para a mistura de reação, em que as ditas placas principais são preferencialmente compartilhadas com as [(x.n)] placas principais correspondentes do canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) para o refrigerante, sendo que o número total de placas principais do canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) para o refrigerante é [2.(x.n) + 2] (em que 2 placas não compartilhadas constituem dois lados opostos do HERS, como mostrado na figura 2 de acordo com a presente invenção). Por exemplo, um HERS que tem 8 seções, em que cada seção tem 10 canais paralelepipédicos para a mistura de reação, o número total de canais paralelepipédicos (por exemplo, canais paralelepipédicos de seção retangular) para a mistura de reação no HERS é, então, igual a 80; e o número total de passagens (preferencialmente canais paralelepipédicos (por exemplo, canais paralelepipédicos de seção retangular)) para o refrigerante no HERS é, então, preferencialmente igual a 81. Na dita última configuração, e de acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção, o HERS compreende 160 placas principais correspondentes aos 80 canais paralelepipédicos para a mistura de reação, em que as ditas placas principais são preferencialmente compartilhadas com as 160 placas principais correspondentes do canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) para o refrigerante, sendo que o número total de placas principais do canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) para o refrigerante é 162 (em que 2 placas não compartilhadas constituem dois lados opostos do HERS, como mostrado na figura 2 de acordo com a presente invenção).
HERS - dimensões de canais de mistura de reação
[0033] De acordo com uma modalidade da presente invenção, as dimensões dos canais paralelepipédicos de mistura de reação (por exemplo, canais paralelepipédicos de seção retangular) são caracterizadas por - uma primeira dimensão, preferencialmente a altura, compreendida entre 2 e 10 m, preferencialmente entre 4 e 8 m, por exemplo, entre 4,5 e 6,5 m, e/ou - uma segunda dimensão, preferencialmente a profundidade, compreendida entre 0,1 e 3 m, preferencialmente entre 0,5 e 2 m, por exemplo, entre 0,75 e 1,5 m, e/ou - uma terceira dimensão, preferencialmente a largura, compreendida entre 2 e 50 mm, por exemplo, entre 4 e 45 mm, preferencialmente entre 8 e 35 mm, por exemplo, entre 12 e 25 mm, por exemplo, 18 mm.
[0034] Embora a presente invenção abranja modalidades em que canais de mistura de reação podem ter diferentes primeiras e/ou segundas dimensões, as ditas primeiras e/ou segundas dimensões (por exemplo, preferencialmente as alturas e/ou as profundidades) são preferencialmente idênticas em cada seção individual do HERS, preferencialmente idênticas no HERS.
[0035] Embora a presente invenção abranja modalidades em que canais de mistura de reação podem ter diferentes terceiras dimensões, as ditas terceiras dimensões (por exemplo, as larguras) são preferencialmente idênticas em cada seção individual do HERS, preferencialmente idênticas no HERS.
[0036] Dependendo do tipo de mistura de reação, a presente invenção abrange modalidades em que as larguras em uma seção são menores ou maiores que as larguras na próxima seção.
[0037] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o lado da mistura de reação das placas dos canais paralelepipédicos de mistura de reação pode ser corrugado ou não corrugado, preferencialmente não corrugado.
[0038] De acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção, não há nada, exceto a mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos), entre as placas no lado da mistura de reação; de fato, embora partes de reforço pudessem ser usadas entre as ditas placas, essas estão preferencialmente ausentes a fim de evitar qualquer interferência negativa da trajetória de fluxo da mistura de reação.
[0039] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, pequenas cavidades ou corrugações são toleradas, por exemplo, aquelas geradas no lado da placa de mistura de reação pelo tratamento mecânico (por exemplo, gofragem e/ou soldagem como explicado doravante no presente documento) no lado da placa de refrigerante.
[0040] Embora o HERS pudesse compreender teoricamente elementos móveis (por exemplo, para misturação da alimentação de mistura de reação), o dito HERS não compreende qualquer elemento móvel de acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção.
HERS - dimensões de canais de refrigerante
[0041] De acordo com uma modalidade da presente invenção, as dimensões dos canais paralelepipédicos de refrigerante (por exemplo, canais paralelepipédicos de seção retangular) são caracterizadas por - uma primeira dimensão, preferencialmente a altura, compreendida entre 2 e 10 m, preferencialmente entre 4 e 8 m, por exemplo, entre 4,5 e 6,5 m, e/ou - uma segunda dimensão, preferencialmente a profundidade, compreendida entre 0,1 e 3 m, preferencialmente entre 0,5 e 2 m, por exemplo, entre 0,75 e 1,5 m, e/ou - uma terceira dimensão, preferencialmente a largura, compreendida entre 1 e 30 mm, preferencialmente entre 2 e 20 mm, por exemplo, entre 5 e 16 mm, por exemplo, 8 mm. A dita largura de canal de refrigerante pode ser vantajosamente selecionada garantindo-se uma queda de pressão baixa enquanto tem como objetivo, simultaneamente, a diferença de temperatura que deve ser preferencialmente menor que 3 °C.
[0042] Embora a presente invenção abranja modalidades em que canais de refrigerante podem ter diferentes primeiras e/ou segundas dimensões, as ditas primeiras e/ou segundas dimensões (por exemplo, preferencialmente as alturas e/ou as profundidades) são preferencialmente idênticas em cada seção individual do HERS, preferencialmente idênticas no HERS. Em uma modalidade preferencial de acordo com a presente invenção, as ditas primeiras e/ou segundas dimensões dos canais de refrigerante são respectivamente idênticas às primeiras e/ou segundas dimensões dos canais de mistura de reação adjacentes.
[0043] Embora a presente invenção abranja modalidades em que canais de refrigerante podem ter diferentes terceiras dimensões, as ditas terceiras dimensões (por exemplo, as larguras) são preferencialmente idênticas em cada seção individual do HERS, preferencialmente idênticas no HERS. Por exemplo, as larguras dos primeiros e dos últimos canais de refrigerante do HERS podem ser maiores e/ou menores que a largura dos outros canais de refrigerante, preferencialmente menores. Larguras aumentadas ou diminuídas dos canais de refrigerante de uma seção para sua próxima seção também poderiam ser usadas dependendo, por exemplo, da largura dos canais de mistura de reação adjacentes e/ou do tipo de mistura de reação e/ou do tipo de refrigerante usado e/ou da taxa de polimerização nos canais de mistura de reação adjacentes.
[0044] HERS - razões entre larguras e volume de canais
[0045] Como mostrado na figura 2, e essa é uma modalidade preferencial de acordo com a presente invenção, a largura dos canais de refrigerante (W-Cool) são menores que a largura dos canais de mistura de reação (W-Reac), por exemplo, a razão entre W-Cool e W-Reac é menor que 0,8, preferencialmente menor que 0,6, ainda menor que 0,5.
[0046] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o lado do refrigerante das placas do trocador de calor platular pode ser corrugado e/ou não corrugado. A dita corrugação pode ser obtida por qualquer técnica adequada que seja bem conhecida pela pessoa versada na técnica, por exemplo, pela técnica jateamento das placas não corrugadas.
[0047] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os lados de refrigerante das placas do trocador de calor platular são mecanicamente ligados para fornecer a integridade mecânica a todo o HERS. Qualquer técnica adequada pode ser vantajosamente usada para fornecer a dita integridade mecânica. Por exemplo, partes de reforço poderiam ser usadas entre as ditas placas em intervalos espaçados sem impactar de modo prejudicial o fluxo e a ação do refrigerante. Outro exemplo pode ser fornecido por gofragem e/ou soldagem das ditas placas em intervalos espaçados; em tal configuração, dependendo da qualidade da soldagem, pequenas cavidades e/ou corrugações correspondentes podem ser toleradas na placa do lado da mistura de reação.
[0048] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a razão entre o volume de canais de refrigerante e o volume de canais de mistura de reação no HERS é menor que 0,8, preferencialmente menor que 0,6, menor que 0,5 ou ainda menor que 0,3.
HERS - caixa de distribuição
[0049] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o laço de polimerização pode compreender de modo opcional e vantajoso uma caixa de distribuição que conecta o sistema de tubulação de mistura de reação à entrada de mistura de reação do HERS como detalhado doravante no presente documento na figura 1 que ilustra alguma modalidade correspondente. O principal objetivo do uso de uma caixa de distribuição consiste em uma melhoria da distribuição da alimentação de circulação proveniente do sistema de tubulação de mistura de reação para a entrada de mistura de reação da primeira seção de HERS. Essa melhoria é, por exemplo, uma distribuição da alimentação de circulação por toda a profundidade e a largura de todos os canais da primeira seção de HERS e/ou uma separação do tubo de circulação em diversos tubos a fim de oferecer uma melhor distribuição. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a dita caixa de distribuição não está localizada sob o HERS; está preferencialmente localizada no lado do HERS próximo à primeira entrada de mistura de reação de seção como mostrado na figura 1.
[0050] HERS - caixa de coleta
[0051] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o laço de polimerização pode compreender opcional e vantajosamente uma caixa de coleta que conecta a saída de mistura de reação do HERS (isto é, a alimentação de circulação por toda a profundidade e a largura de todos os canais da última seção de HERS) ao sistema de tubulação de mistura de reação como detalhado doravante no presente documento na figura 1 que ilustra alguma modalidade correspondente.
[0052] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a dita caixa de coleta não está localizada sob o HERS; está preferencialmente localizada no lado do HERS próximo à última saída de mistura de reação de seção como mostrado na figura 1.
[0053] Para o propósito da presente invenção e das reivindicações anexas, as caixas de distribuição e coleta, quando usadas, serão consideradas como parte do sistema de tubulação de mistura de reação. Sistema de tubulação de mistura de reação
[0054] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o comprimento do sistema de tubulação de mistura de reação é otimizado. Por exemplo, é representado pela distância entre a saída de mistura de reação do HERS e a entrada de mistura de reação do HERS que é vantajosamente menor que 5 m, por exemplo, menor que 4 m, preferencialmente menor que 3 m, por exemplo, menor que 2,5 m.
HERS - zona de junção de mistura de reação (caixa)
[0055] De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma seção é preferencialmente conectada à sua próxima seção por uma zona de junção de mistura de reação.
[0056] A zona de junção de mistura de reação conecta os “n” canais paralelepipédicos para a alimentação de mistura de reação de uma seção as “n” canais paralelepipédicos para a alimentação de mistura de reação da próxima seção.
[0057] Preferencialmente, cada seção (com a exceção da última seção) é conectada à sua próxima seção por tal zona de junção de mistura de reação.
[0058] Uma zona de junção de mistura de reação pode ter qualquer projeto adequado que favoreça a distribuição da mistura de reação proveniente dos canais de uma seção para o interior dos canais da próxima seção. Em uma modalidade da presente invenção, a dita zona de junção de mistura de reação pode compreender vantajosamente um elemento de misturação/distribuição, por exemplo, um elemento estático e/ou elemento de misturação do tipo Venturi.
[0059] Para o propósito da presente invenção e das reivindicações anexas, as zonas (ou caixas) de junção de mistura de reação serão consideradas como parte do HERS. As ditas caixas de junção de mistura de reação vantajosamente contribuem para a integridade mecânica do HERS. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, as caixas de junção de mistura de reação que estão localizadas no fundo do HERS formam uma tampa inferior para toda a superfície inferior do HERS. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, as caixas de junção de mistura de reação que estão localizadas no topo do HERS formam uma tampa superior para toda a superfície superior do HERS. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, as ditas tampas superior e inferior podem ser desmontadas a partir das seções de HERS (do núcleo do HERS) a fim de facilitar a limpeza das placas de HERS quando necessário.
HERS - caixa de entrada de mistura de reação
[0060] De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma caixa de entrada de mistura de reação está preferencialmente localizada no HERS imediatamente antes da primeira seção do HERS, preferencialmente no fundo da dita seção como mostrado nas figuras 1 e 2 da presente invenção. A dita caixa de entrada de mistura de reação é usada para conectar a entrada de mistura de reação de HERS e a primeira seção de mistura de reação do HERS.
HERS - caixa de saída de mistura de reação
[0061] De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma caixa de saída de mistura de reação está preferencialmente localizada no HERS imediatamente após a última seção do HERS, preferencialmente no fundo da dita seção como mostrado nas figuras 1 e 2 da presente invenção. A dita caixa de saída de mistura de reação é usada para conectar a última seção de mistura de reação do HERS à saída de mistura de reação do HERS.
[0062] Para o propósito da presente invenção e das reivindicações anexas, as caixas de junção, entrada e saída serão consideradas parte do HERS.
[0063] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o volume acumulado das caixas de junção, entrada e saída é menor que 30 % do volume de HERS, preferencialmente menor que 25 %, por exemplo, menor que 18 %.
MONÔMEROS
[0064] Não há nenhuma restrição quanto à seleção de monômero líquido (ou monômeros líquidos) que pode ser vantajosamente polimerizado na unidade de polimerização e/ou no processo de polimerização iônica de acordo com a presente invenção. Embora a polimerização catiônica seja preferencialmente usada de acordo com a presente invenção, a polimerização aniônica também poderia ser usada.
[0065] Os exemplos típicos de monômeros que podem ser usados de acordo com a presente invenção são estireno, dienos, metacrilato, vinil piridina, aldeídos, epóxido, epissulfito, siloxano cíclico, lactonas, acrilonitrila, cianoacrilato, óxido depropileno, vinil cetona, acroleína, vinil sulfona, sulfóxido de vinila, vinila silano e/ou isocianato; e/ou olefinas e/ou terpenos (por exemplo, alfa- pineno e/ou beta-pineno) ou monômeros heterocíclicos (por exemplo, oxirano, tetrahidrofurano, tietano, oxetan-2-ona, 1,3-dioxepano e/ou oxazolina).
[0066] Em uma modalidade preferencial de acordo com a presente invenção, o monômero líquido (ou monômeros líquidos) é selecionado entre alcenos lineares, por exemplo, etileno, propileno, n-butenos (por exemplo, 1- buteno e/ou 2-buteno), n-pentenos (por exemplo, 1-penteno e/ou 2-penteno), n-hexenos (por exemplo, 1-hexeno, 2-hexeno e/ou 3-hexeno), isoalcenos (por exemplo, isobuteno, 2- metilbuteno-1, 2-metilpenteno-1, 2-metilhexeno-1, 2- etilpenteno-1, 2-etilhexeno-1, iso-octeno e/ou 2- propilhepteno-1), octenos, decenos, dodecenos, alcadienos (por exemplo, butadieno e/ou isopreno), cicloalcenos (por exemplo, ciclopenteno e/ou ciclo-hexeno e/ou ciclopentadieno e/ou diciclopentadieno), compostos aromáticos vinílicos (por exemplo, estireno, alfa-metil- estireno, 2-metil-estireno, 3-metil-estireno, 4-metil- estireno, 4-terc-butilestireno, 2-cloroestireno, 3- cloroestireno e/ou 4-cloroestireno), e/ou olefinas que têm um grupo silila (por exemplo, 1-trimetoxisilileteno, 1- (trimetoxisilil)propeno, 1-(trimetoxisilil)-2-metilpropeno- 2, 1-[tri(metoxietoxi)silil]eteno, 1- [tri(metoxietoxi)silil]propeno e/ou 1- [tri(metoxietoxi)silil]-2-metilpropeno-2), e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos monômeros anteriores.
[0067] Os monômeros preferenciais são isobuteno, misturas de monômero isobutênico, compostos vinilaromáticos, como estireno, misturas de monômero estirênico, derivados de estireno, especialmente α- metilestireno e 4-metilestireno, os cicloalcenos mencionados acima, os alcadienos mencionados acima e misturas dos mesmos.
[0068] Em uma modalidade preferencial de acordo com a presente invenção, o monômero líquido (ou monômeros líquidos) é selecionado entre isopreno, isobuteno, misturas de monômero isobutênico, vinilaromáticos, especialmente estireno e misturas de monômero estirênico, e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos monômeros anteriores. Isobuteno, estireno e/ou misturas dos mesmos são preferencialmente usados como monômeros no processo de polimerização de acordo com a invenção, em que isobuteno (e/ou misturas de monômero isobutênico) é o mais preferencial.
[0069] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, isobuteno puro é usado. A mistura de isobuteno e/ou monômero isobutênico que é polimerizada pode ser proveniente vantajosamente de uma corrente de hidrocarboneto C4 (por exemplo, C4 rafinatos, cortes C4 de desidrogenação de isobuteno, cortes de C4 de craqueadores a vapor e/ou cortes de C4 de craqueadores de FCC e/ou isobutileno obtido pelo craqueamento de MTBE e/ou tBA (terc-butil-álcool).
[0070] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, quando o monômero a ser polimerizado (por exemplo, isobutileno) é compreendido em uma mistura de monômero, o teor do dito monômero a ser polimerizado (por exemplo, isobutileno) na dita mistura de monômero é de pelo menos cerca de 30 % em peso.
[0071] Por exemplo, quando um rafinato C4 é usado, seu 1-buteno é preferencialmente hidroisomerizado e, 2-buteno.
[0072] Por exemplo, um corte de C4 de craqueadores de FCC também pode ser usado.
[0073] A mistura de monômero isobutênico pode compreender pequenas quantidades de contaminantes, como água, ácidos carboxílicos, acetonitrila, acetona, dissulfitos e/ou ácidos minerais; os ditos contaminantes podem ser vantajosamente removidos da mistura de monômero isobutênico, por exemplo, por adsorção em adsorventes sólidos, como carbono ativado, peneiras moleculares, alumina e/ou trocadores de íons.
[0074] O teor do monômero (por exemplo, isobutileno) a ser polimerizado na mistura de reação que entra no laço de polimerização de acordo com a presente invenção será vantajosamente superior a 10 por cento em peso; uma maior concentração de monômero a ser polimerizado (por exemplo, isobutileno) também pode ser usada, por exemplo, maior que 20 por cento em peso ou ainda maior que 30 % em peso na mistura de reação.
[0075] Os componentes restantes da alimentação de mistura de reação usualmente compreendem ou consistem vantajosamente no polímero(s), no sistema de catalisador (com ou sem doador de elétrons (doadores de elétrons) como definido doravante no presente documento) e opcionalmente e/ou preferencialmente um ou mais diluentes de hidrocarboneto não reativo, por exemplo, preferencialmente diluentes de alcano(s).
[0076] Quando uma alimentação de isobutileno puro é usada, deve ser vantajosamente diluída com um solvente (por exemplo, um ou mais diluentes de hidrocarboneto não reativo) para reduzir a viscosidade da mistura de reação e a queda de pressão.
Monômeros - ponto de introdução
[0077] Não há nenhuma restrição quanto ao ponto de introdução do monômero líquido (ou monômeros líquidos) no laço de polimerização da unidade de polimerização de acordo com a presente invenção.
[0078] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o monômero líquido (ou monômeros líquidos) é introduzido no próprio sistema de tubulação de mistura de reação, por exemplo, entre a bomba de circulação e a entrada de mistura de reação do HERS, e/ou na caixa de distribuição que conecta o tubo de recirculação para a entrada de mistura de reação do HERS, e/ou na caixa de entrada de mistura de reação, e/ou em uma zona de junção.
[0079] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o monômero líquido (ou monômeros líquidos) é introduzido em pelo menos uma zona de junção de mistura de reação, isto é, uma zona de junção de mistura de reação que conecta os “n” canais paralelepipédicos para a alimentação de mistura de reação de uma seção para os “n” canais paralelepipédicos para a alimentação de mistura de reação da próxima seção; tal introdução é preferencialmente realizada em uma, duas ou mais ou em todas as zonas de junção de mistura de reação, por exemplo, como mostrado na figura 1 em todas as zonas de junção que estão localizadas no fundo do HERS.
[0080] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o monômero líquido (ou monômeros líquidos) é introduzido em pelo menos uma zona de junção de mistura de reação e na caixa de entrada de mistura de reação, e/ou na caixa de distribuição e/ou no sistema de tubulação de mistura de reação entre a bomba de circulação e a entrada de mistura de reação do HERS.
SISTEMA DE CATALISADOR
[0081] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos) compreende um sistema de catalisador. A polimerização iônica correspondente é preferencialmente uma polimerização catiônica da mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos).
[0082] O sistema de catalisador consiste preferencialmente em um sistema de coiniciador de ácido de Lewis, isto é, um ácido de Lewis que atua como um coiniciador (frequentemente identificado como o catalisador ou ativador) preferencialmente junto a um iniciador.
Ponto de introdução
[0083] Não há nenhuma restrição quanto ao ponto de introdução do sistema de catalisador no laço de polimerização da unidade de polimerização de acordo com a presente invenção.
[0084] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, os componentes de sistema de catalisador são introduzidos separadamente no laço de polimerização, por exemplo, em uma localização ou em diferentes localizações no próprio sistema de tubulação de mistura de reação e/ou em uma localização ou em diferentes localizações no HERS.
[0085] Em uma modalidade da presente invenção, o iniciador é pré-misturado ao monômero líquido antes de ser colocado em contato com o coiniciador.
[0086] Em uma modalidade alternativa ou adicional de acordo com a presente invenção, um componente de sistema de catalisador (preferencialmente o coiniciador) é introduzido no sistema de tubulação de mistura de reação, preferencialmente entre a saída de mistura de reação do HERS e a bomba de recirculação, preferencialmente a uma distância da bomba que é menor que metade da distância entre a saída de mistura de reação do HERS e a bomba de recirculação, mais preferencialmente menor que um terço, por exemplo, menor que um quarto.
[0087] Em uma modalidade alternativa ou adicional de acordo com a presente invenção, um componente de sistema de catalisador (preferencialmente o coiniciador) é injetado em pelo menos uma zona de junção de mistura de reação, preferencialmente uma zona de junção de mistura de reação em que nenhum monômero líquido fresco é injetado.
[0088] A presente invenção também fornece um processo para controlar a distribuição de peso molecular do polímero - variando-se as taxas de fluxo do monômero líquido em seu ponto (ou pontos) de introdução (por exemplo, como mostrado na figura 1 e mostrado nas figuras 3 a 5), e/ou - variando-se a taxa de fluxo do catalisador em seus pontos de introdução, e/ou - variando-se a razão de recirculação no laço de polimerização.
[0089] Então, a presente invenção também fornece o uso de um processo de laço de polimerização iônica de acordo com qualquer uma das reivindicações de processo anexas para controlar a distribuição de peso molecular do polímero produzido em uma unidade de acordo com qualquer uma das reivindicações de unidade anexas - variando-se as taxas de fluxo do monômero líquido em seu ponto (ou pontos) de introdução (por exemplo, como mostrado na figura 1 e mostrado nas figuras 3 a 5), e/ou - variando-se a taxa de fluxo do catalisador em seus pontos de introdução, e/ou - variando-se a razão de recirculação no laço de polimerização.
PRÉ-POLIMERIZAÇÃO
[0090] Em uma modalidade opcional de acordo com a presente invenção, a mistura de reação de líquido que entra na unidade de polimerização já foi submetida a um estágio de pré-polimerização. A dita pré-polimerização pode ser realizada em qualquer unidade de pré-polimerização adequada em que o monômero líquido (ou monômeros líquidos) é colocado em contato com um sistema de catalisador. Não há nenhuma restrição específica quanto ao tempo de pré- polimerização para a dita reação opcional; por exemplo, um tempo de contato de pelo menos 1 s entre o monômero líquido (ou monômeros líquidos) e todos os componentes do sistema de catalisador, por exemplo, entre 1 e 100 segundos ou entre 2 e 50 segundos, pode ser adequado. O sistema de catalisador pode ser escolhido entre a lista definida doravante no presente documento; é preferencialmente o mesmo sistema de catalisador que aquele usado para a unidade de polimerização. Em uma modalidade da presente invenção, todo o sistema de catalisador necessário para a polimerização é introduzido durante o dito estágio de pré- polimerização; alternativamente, um pouco de componente (ou componentes) de catalisador adicional pode ser introduzido no laço de polimerização em qualquer ou mais de uma ou todas as localizações já descritas acima no presente documento. Em uma modalidade da presente invenção, todo o monômero líquido (ou monômeros líquidos) necessário para a polimerização é introduzido durante o dito estágio de pré- polimerização; alternativamente, um pouco de monômero líquido (ou monômeros líquidos) fresco pode ser introduzido no laço de polimerização em qualquer ou mais de uma ou todas as localizações já descritas acima no presente documento.
[0091] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a polimerização iônica é um processo em cascata para a polimerização de uma mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos) (por exemplo, de isobutileno) em um sistema de polimerização que compreende uma primeira unidade de pré-polimerização de homogeneização (“HPPU”) e uma segunda unidade de polimerização em série em que a reação de polimerização se inicia na HPPU e continua na segunda unidade de polimerização que consiste em um laço de polimerização, um laço de refrigerante e um sistema de reator e trocador de calor (“HERS”) que é compartilhado entre o laço de polimerização e o laço de refrigerante como já descrito na presente descrição, caracterizado pelo fato de que a razão entre o tempo de permanência da mistura de reação na primeira unidade de pré-polimerização de homogeneização e o tempo de permanência da mistura de reação na segunda unidade de polimerização está compreendida entre 0,01 % e 5 %, preferencialmente entre 0,1 % e 2 %, por exemplo, entre 0,1 % e 1 %.
[0092] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a razão entre o volume de reator da mistura de reação na primeira unidade de pré-polimerização de homogeneização e o volume de reator da mistura de reação na segunda unidade de polimerização está compreendida entre 0,01 % e 5 %, preferencialmente entre 0,1 % e 2 %, por exemplo, entre 0,1 % e 1 %.
[0093] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o material usado para o reator de HPPU é selecionado entre materiais cerâmicos (por exemplo, carboneto de silício e/ou carboneto de tungstênio), vidro, ligas de Monel (por exemplo, M400), graus de aço-carbono, graus de aço de liga e/ou graus de aço inoxidável; materiais cerâmicos são preferenciais.
[0094] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o reator de unidade de pré-polimerização de homogeneização é um dispositivo fluídico, preferencialmente um dispositivo fluídico em uma escala na faixa de mícrons a poucos milímetros, ou seja, dispositivos com canais fluidos, cuja menor dimensão está na faixa de mícrons a poucos milímetros, e preferencialmente na faixa de cerca de 50 mícrons a cerca de 8,0 milímetros, por exemplo, na faixa de cerca de 1,0 milímetro a cerca de 3,0 milímetros. Quando a dimensão característica de tal dispositivo fluídico é definida como a menor dimensão perpendicular à direção de fluxo de mistura de reação, a dimensão característica de um dispositivo fluídico de acordo com a presente invenção está compreendida entre 50 mícrons e 8,0 milímetros, por exemplo, entre 400 mícrons e 7,0 milímetros, por exemplo, entre 1,0 milímetro e 5,5 milímetros, por exemplo, entre 1,0 milímetro e 3 milímetros.
[0095] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o reator de unidade de pré-polimerização de homogeneização é um dispositivo fluídico que inclui pelo menos uma passagem de mistura de reação e uma ou mais passagens de controle térmico, em que as uma ou mais passagens de controle térmico são posicionadas e dispostas em dois volumes cada limitadas por uma parede, sendo que as paredes são planas e paralelas entre si, sendo que a passagem de mistura de reação posicionada entre as ditas paredes planas e definida pelas ditas paredes planas e pelas paredes que se estendem entre as ditas paredes planas está preferencialmente na faixa de micrômetro a milímetro.
[0096] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o reator de unidade de pré-polimerização de homogeneização é caracterizado por um desempenho de misturação superior em escala molecular, isto é, o desempenho de misturação é caracterizado por um valor de transmissão de UV que é maior que 80 % de acordo com o teste de Villermaux. Para o propósito da presente invenção e das reivindicações anexas, o dito desempenho de misturação pode ser convenientemente medido pelo método descrito em Villermaux J., et al. “Use of Parallel Competing Reactions to Characterize Micro Mixing Efficiency,” AlChE Symp. Ser. 88 (1991) 6, p. 286. Resumindo, o processo consistia em preparar, à temperatura ambiente, uma solução de cloreto ácido e uma solução de acetato de potássio misturado com KI (Iodeto de Potássio). Ambos esses fluidos foram, então, injetados continuamente por meio de uma seringa ou bomba peristáltica na HPPU a ser testada. A reação de teste resultante resulta em duas reações concorrentes de diferentes velocidades — uma reação “rápida” que produz um produto final absorvente de UV e uma reação “ultrarrápida” que prevalece sob condições de misturação ultrarrápidas, produzindo uma solução transparente. O desempenho de misturação é, então, correlacionado à transmissão de UV através do fluido misturado, com uma misturação teoricamente perfeita ou 100 % rápida que produz uma transmissão de UV 100 % no produto resultante.
[0097] Um exemplo de um projeto de reator de HPPU típico que poderia ser vantajosamente usado de acordo com uma modalidade da presente invenção pode ser encontrado no documento WO2009009129 (Corning Incorporated).
[0098] Como já mencionado, o sistema de catalisador usado na presente invenção preferencialmente consiste em um sistema de coiniciador de ácido de Lewis, isto é, um ácido de Lewis que atua como um coiniciador (frequentemente identificado como o catalisador ou ativador) juntamente a um iniciador. A presença de um iniciador como aqueles revelados doravante no presente documento não é sempre obrigatória; de fato, alguns catalisadores não precisam necessariamente da presença de tal iniciador. Por exemplo, a presença de impurezas (por exemplo, água) na alimentação de mistura de reação pode ser suficiente para iniciar a reação.
Coiniciador
[0099] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o coiniciador é selecionado entre haletos de metal, por exemplo, haletos de alumínio, boro, titânio, estanho, zinco, vanádio, antimônio, zircônio e/ou ferro.
[0100] Em uma modalidade preferencial de acordo com a presente invenção, os haletos de metal são selecionados entre cloretos de dialquilalumínio, dicloretos de monoalquilalumínio, tricloreto de alumínio, tricloreto de boro, trifluoreto de boro, tetracloreto de titânio, tetracloreto de estanho, dicloreto de zinco, pentacloreto de vanádio e/ou tricloreto de ferro, e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos coiniciadores anteriores.
[0101] Em uma modalidade preferencial de acordo com a presente invenção, o coiniciador é selecionado entre dicloreto de etilalumínio, tetracloreto de titânio, tricloreto de boro, mais preferencialmente dicloreto de etilalumínio (EADC).
Iniciador
[0102] Não há nenhuma restrição quanto à seleção do iniciador a ser usado na presente invenção. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o iniciador é um composto, preferencialmente um composto orgânico, que tem pelo menos um grupo funcional que forma um carbocátion ou um complexo catiônico com o ácido de Lewis sob condições de polimerização; os ditos iniciadores de composto orgânico têm usualmente pelo menos um grupo de partida deslocável nucleofílico que pode estabilizar uma carga positiva ou parcial no átomo de carbono que porta o dito grupo de partida.
[0103] Exemplos de iniciadores e processos para sua preparação são bem conhecidos e foram extensivamente descritos na técnica anterior. Os exemplos ilustrativos de iniciadores que podem ser vantajosamente usados na presente invenção são: cloreto de terc-butila, cloreto de diisobutila, ciclopentenila(s), ciclo-hexenila(s), ciclo- heptenila(s), ciclooctenila(s), cloreto de cumila, cloreto de dicumila, cloreto de alila, cloreto de metalila, 2- cloro-2-metilbuteno-2, 2,5-dicloro-2,5-dimetilhexeno-3, dicloridrato de limoneno, dibromidrato de limoneno, cloroetil-clorociclo-hexano(s), bromoetil-bromociclo- hexano(s), 2-cloro-2-(1-metilciclo-hexen-4-il)propeno, 2- cloro-2-metilbuteno-3, 2-cloro-2-metilpenteno-4, 2-cloro- 2,4,4-trimetilhexeno-5, 2-cloro-2-metil-3-(ciclopenten-3- il)propano, fluoreto de trifenilmetila, 2-cloro-2-metil-4- (ciclo-hexen-4-il)pentano, 3-clorociclopenteno, e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos iniciadores anteriores. Exemplos adicionais de iniciadores são água, HCl, ácido carboxílico (ou ácidos carboxílicos) (por exemplo, ácido acético), álcoois (por exemplo, álcool cumílico, fenol, metanol), também conhecidos como protógenos. Exemplos adicionais de iniciadores são terc- Butilcloreto, (2-Feniisopropil)-cloreto de cumila, para- dicumil-cloreto, 2,2,4-Trimetilpentilcloreto, cloreto de trifenilmetila, ésteres, éteres, anidridos, terc-Butiléter (MTBE), diisopropiléter, terc-Butiléster, Cumiléster, Butilacetato, Nitroetano, Acetona, também conhecidos como cationogenos.
[0104] Em uma modalidade preferencial de acordo com a presente invenção, o iniciador é cloreto de terc-butila (t- BuCl).
Razões de coiniciador/iniciador
[0105] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, por exemplo, no caso de poli-isobutileno, a razão molar entre coiniciador (por exemplo, EADC) e iniciador (por exemplo, t-BuCl) no sistema de catalisador pode estar compreendida entre 0,06 a 50, por exemplo, 0,5 a 5, preferencialmente entre 0,5 a 2 e mais preferencialmente entre 0,5 a 1.
[0106] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, por exemplo, no caso de poli-isobutileno, a quantidade de coiniciador (por exemplo, EADC) introduzido no laço de polimerização está compreendida entre 0,01 e 2 milimols por mol de isobutileno introduzido no HERS, preferencialmente entre 0,04 e 0,5 milimols por mol de isobutileno introduzido.
[0107] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, por exemplo, no caso de poli-isobutileno, quando a HPPU é usada, a quantidade de coiniciador (por exemplo, EADC) introduzido na HPPU está compreendida entre 0,01 e 2 milimols por mol de isobutileno introduzido na HPPU, preferencialmente entre 0,04 e 0,5 milimols por mol de isobutileno introduzido.
Doadores de elétrons
[0108] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a mistura de reação também compreende um ou mais doadores de elétrons. Não há nenhuma restrição quanto à seleção do doador de elétrons a ser usado na presente invenção. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o doador de elétrons é selecionado entre compostos orgânicos apróticos que têm um par de elétrons livre em um átomo de nitrogênio, oxigênio ou enxofre. Exemplos ilustrativos de doadores de elétrons são piridinas, amidas, lactamas, éteres, aminas, ésteres, tioéteres, sulfóxidos, nitrilas, fosfinas e/ou compostos de silício orgânicos apróticos não polimerizáveis que têm pelo menos um radical orgânico ligado por meio de oxigênio, e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos doadores de elétrons anteriores; todos os compostos citados acima também podem ser vantajosamente substituídos, por exemplo, substituídos por alquila.
[0109] Exemplos de doadores de elétrons e processos para sua preparação são bem conhecidos e foram extensivamente descritos na técnica anterior. Exemplos ilustrativos de doadores de elétrons que podem ser vantajosamente usados na presente invenção são éter isopropílico, éter butílico, MTBE, dimetilacetamida (DMA), e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos doadores de elétrons anteriores.
[0110] Cada componente individual da mistura de reação de acordo com a presente invenção é preferencialmente líquido sob condições de polimerização; por exemplo, quando o sistema de catalisador, o coiniciador, o iniciador e/ou o doador de elétrons não são líquidos, esses são preferencialmente dissolvidos em um solvente.
[0111] Solventes
[0112] Quando um solvente está presente na composição de mistura de reação, esse é preferencialmente selecionado entre hidrocarbonetos, por exemplo, - alcanos acíclicos que têm de 2 a 8 átomos de carbono (por exemplo, etano, propano, butano(s), pentano(s), hexano(s), heptano(s), octano(s) e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos solventes anteriores), - alcanos cíclicos que têm de 5 a 8 átomos de carbono (por exemplo, ciclopentano, metil-ciclopentano, ciclo- hexano, metil-ciclo-hexano, ciclo-heptano, e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos solventes anteriores), - alcenos acíclicos que têm de 2 a 8 átomos de carbono (por exemplo, etileno, propileno, n-buteno, n-penteno, n-hexeno, n-hepteno e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos solventes anteriores), - olefinas cíclicas, como ciclopenteno, ciclo-hexeno, ciclo-hepteno, e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos solventes anteriores, - hidrocarbonetos aromáticos, como tolueno, xileno, etilbenzeno e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos solventes anteriores, - hidrocarbonetos halogenados (por exemplo, hidrocarbonetos alifáticos halogenados, como clorometano, diclorometano, triclorometano, cloroetano, 1,2-dicloroetano, 1,1,1-tricloroetano, 1- clorobutano, e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos solventes anteriores), - hidrocarbonetos aromáticos halogenados (por exemplo, clorobenzeno, fluorobenzeno, 1,2-diclorobenzeno, e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos solventes anteriores), - e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos solventes anteriores.
[0113] Cl orobutano, cloreto de metileno, hexano, heptano, e/ou misturas de dois ou mais de qualquer um dos solventes anteriores são preferencialmente usados como solventes.
[0114] As misturas de solventes também podem ocorrer durante a mistura dos diferentes componentes da mistura de reação, como o monômero e/ou sistema de catalisador e/ou iniciador e/ou coiniciador e/ou doador de elétrons. De fato, o solvente mais adequado para um componente de mistura de reação individual pode diferir do solvente mais adequado para outro componente de mistura de reação individual, sendo que, em tal caso, uma mistura de solvente será formada após a misturação dos dois componentes de mistura de reação.
PROCESSO
[0115] A presente invenção também se refere a um processo (rápido) de polimerização iônica de mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos) para a produção do polímero (ou polímeros) correspondente em uma unidade de polimerização de acordo com a presente invenção e/ou em uma unidade de polimerização como caracterizado por qualquer uma das reivindicações da presente invenção.
[0116] Então, a presente invenção também se refere a um processo de laço de polimerização iônica para a polimerização de uma mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos) (por exemplo, de isobutileno) em uma unidade de polimerização que compreende um laço de polimerização, um laço de refrigerante e um sistema de reator e trocador de calor (“HERS”) que é compartilhada entre o laço de polimerização e o laço de refrigerante em que o laço de polimerização compreende um sistema de remoção de polímero e um sistema de tubulação de mistura de reação que compreende uma bomba de circulação e que é conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS e sendo que o laço de refrigerante compreende um sistema de tubulação de refrigerante conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS, caracterizado pelo fato de que 1. o HERS compreende pelo menos uma seção em que tanto a mistura de reação quanto o refrigerante são circulados, 2. a dita seção (ou seções) de HERS compreende “n” (em que n é um número inteiro maior ou igual a 1) canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) em que a mistura de reação é circulada e “n+1” passagens em que o refrigerante é circulado, 3. as trajetórias de fluxo da mistura de reação no “n” canal (ou canais) de uma seção são paralelas unidirecionalmente, 4. as trajetórias de fluxo do refrigerante nas “n+1” passagens de uma seção são paralelas unidirecionalmente às trajetórias de fluxo de mistura de reação, e 5. o refrigerante não está em contato direto com a mistura de reação.
[0117] Mais particularmente, a presente invenção também se refere a um processo de laço de polimerização iônica para a polimerização de uma mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos) (por exemplo, de isobutileno) em uma unidade de polimerização que compreende um laço de polimerização, um laço de refrigerante e um sistema de reator e trocador de calor (“HERS”) que é compartilhada entre o laço de polimerização e o laço de refrigerante em que o laço de polimerização compreende um sistema de remoção de polímero e um sistema de tubulação de mistura de reação que compreende uma bomba de circulação e que é conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS e sendo que o laço de refrigerante compreende um sistema de tubulação de refrigerante conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS, caracterizado pelo fato de que 1. o HERS compreende pelo menos uma seção em que tanto a mistura de reação quanto o refrigerante são circulados, 2. a dita seção (ou seções) de HERS compreende “n” (em que n é um número inteiro maior ou igual a 1) canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) em que a mistura de reação é circulada e “n+1” passagens em que o refrigerante é circulado, 3. as trajetórias de fluxo da mistura de reação no “n” canal (ou canais) de uma seção são paralelas unidirecionalmente, 4. as trajetórias de fluxo do refrigerante nas “n+1” passagens de uma seção são paralelas unidirecionalmente às trajetórias de fluxo de mistura de reação, 5. o refrigerante não está em contato direto com a mistura de reação, e 6. a diferença de temperatura do refrigerante entre qualquer ponto no lado do refrigerante do HERS é menor que 3 °C.
[0118] A mistura de reação de acordo com a presente invenção compreende, por exemplo, o monômero (ou monômeros) e o sistema de catalisador como definido adicionalmente na descrição anterior.
[0119] O controle da temperatura no lado do refrigerante do HERS é um recurso preferencial de acordo com a presente invenção. Essa pode ser controlada, por exemplo, pelo tamanho das “n+1” passagens para o refrigerante e/ou pela taxa de fluxo do refrigerante e/ou pelo tipo de refrigerante.
[0120] A diferença de temperatura do refrigerante entre qualquer ponto no lado do refrigerante do HERS é, então, menor que 3 °C, preferencialmente menor que 2,5 °C, menor que 2 °C, menor que 1,5 °C, por exemplo, menor que 1 °C.
[0121] De acordo com uma modalidade alternativa, a presente invenção se refere a um processo de laço de polimerização iônica para a polimerização de uma mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos) (por exemplo, de isobutileno) em uma unidade de polimerização que compreende um laço de polimerização, um laço de refrigerante e um sistema de reator e trocador de calor (“HERS”) que é compartilhada entre o laço de polimerização e o laço de refrigerante em que o laço de polimerização compreende um sistema de remoção de polímero e um sistema de tubulação de mistura de reação que compreende uma bomba de circulação e que é conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS e sendo que o laço de refrigerante compreende um sistema de tubulação de refrigerante conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS, caracterizado pelo fato de que 1. o HERS compreende pelo menos uma seção em que tanto a mistura de reação quanto o refrigerante são circulados, 2. a dita seção (ou seções) de HERS compreende “n” (em que n é um número inteiro maior ou igual a 1) canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) em que a mistura de reação é circulada e “n+1” passagens em que o refrigerante é circulado e pelo menos parcialmente evaporado, 3. as trajetórias de fluxo da mistura de reação no “n” canal (ou canais) de uma seção são paralelas unidirecionalmente, 4. o refrigerante é um refrigerante evaporativo, 5. as trajetórias de fluxo do refrigerante evaporativo nas “n+1” passagens de uma seção são paralelas unidirecionalmente às trajetórias de fluxo de mistura de reação, 6. o refrigerante não está em contato direto com a mistura de reação, e 7. o sistema de tubulação de refrigerante compreende um sistema de liquefação de refrigerante.
CONDIÇÕES DE POLIMERIZAÇÃO RAZÕES DE S/V
[0122] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o HERS é caracterizado por uma razão entre área de superfície e volume de mistura de reação (“S/V” expressa em m2/m3) - maior que 10, maior que 20, preferencialmente maior que 40, por exemplo, maior que 60, e/ou - menor que 750, por exemplo, menor que 600, menor que 450, preferencialmente menor que 350, por exemplo, menor que 160.
[0123] Esses valores relativamente baixos de razões de S/V para o HERS de acordo com a presente invenção em comparação a reatores platulares ou de placa e casco da técnica anterior se devem à importância do volume de mistura de reação que é maximizado na presente invenção.
[0124] De acordo com uma modalidade da presente invenção, quando a HPPU é usada, o reator de HPPU é caracterizado por uma razão entre área de superfície e volume de mistura de reação (“S/V” expressa em m2/m3) maior que 600, por exemplo, maior que 750, preferencialmente maior que 900, preferencialmente compreendida entre 1000 e 5000, por exemplo, compreendida entre 1000 e 3500.
[0125] Coeficiente de transferência de calor volumétrico
[0126] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o HERS é caracterizado por um coeficiente de transferência de calor volumétrico (expresso em MW/m3.K) - maior que 0,004, maior que 0,008, preferencialmente maior que 0,015, por exemplo, maior que 0,03, e/ou - menor que 0,4, menor que 0,2, preferencialmente menor que 0,1, por exemplo, menor que 0,07.
[0127] De acordo com uma modalidade da presente invenção, quando a HPPU é usada, o reator de HPPU é caracterizado por um coeficiente de transferência de calor volumétrico (expresso em MW/m3.K) - maior que 0,5, preferencialmente maior que 0,75, por exemplo, maior que 0,95. - menor que 3,0, preferencialmente menor que 2,5, por exemplo, menor que 2,0.
TEMPERATURA DE REAÇÃO
[0128] A temperatura de reação do HERS é definida como a temperatura mais baixa na qual a polimerização é realizada no HERS. Não há nenhuma restrição quanto à seleção da dita temperatura desde que a polimerização ocorra. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a dita temperatura é menor que 100 °C, preferencialmente menor que 50 °C, ainda mais preferencialmente menor que 30 °C, por exemplo, menor que 20 °C, e/ou maior que -90 °C, preferencialmente maior que -40 °C, ainda mais preferencialmente maior que -30 °C, por exemplo, maior que -20 °C.
[0129] De acordo com uma modalidade da presente invenção, quando a HPPU é usada, a temperatura de reação de HPPU é definida como a temperatura mais baixa na qual a polimerização é realizada na HPPU. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a dita temperatura é menor que 10 °C, preferencialmente menor que 0 °C, ainda mais preferencialmente menor que -5 °C, por exemplo, menor que - 10 °C, e/ou maior que -60 °C, preferencialmente maior que - 50 °C, ainda mais preferencialmente maior que -40 °C, por exemplo, maior que -30 °C.
TEMPERATURA DE REFRIGERANTE
[0130] A temperatura de refrigerante de HERS é definida como a temperatura média em que o refrigerante é introduzido no HERS. Não há nenhuma restrição quanto à seleção da dita temperatura desde que o refrigerante absorva de modo eficiente as calorias geradas no lado de polimerização do HERS. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a dita temperatura é menor que 90 °C, preferencialmente menor que 40 °C, ainda mais preferencialmente menor que 20 °C, por exemplo, menor que 5 °C, e/ou maior que -100 °C, preferencialmente maior que -50 °C, ainda mais preferencialmente maior que -40 °C, por exemplo, maior que -30 °C.
[0131] De acordo com uma modalidade da presente invenção, quando a HPPU é usada, a temperatura de refrigerante de HPPU é definida como a temperatura média em que o refrigerante é introduzido na HPPU. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a dita temperatura é menor que 0 °C, preferencialmente menor que -10 °C, ainda mais preferencialmente menor que -15 °C, por exemplo, menor que -20 °C, e/ou maior que -70 °C, preferencialmente maior que -60 °C, ainda mais preferencialmente maior que -50 °C, por exemplo, maior que -40 °C.
PRESSÃO DE REAÇÃO
[0132] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a polimerização é tipicamente realizada sob pressão atmosférica, porém também pode prosseguir sob pressão reduzida ou elevada. Uma faixa de pressão adequada está entre 100 e 2500 kPa (1 e 25 bar). Em uma modalidade preferencial de acordo com a presente invenção, a pressão de mistura de reação no HERS está compreendida entre 500 e 1200 kPa (5 e 12 bar), preferencialmente entre 600 e 1000 kPa (6 e 10 bar).
[0133] De acordo com uma modalidade da presente invenção, quando a HPPU é usada, a pressão de mistura de reação na HPPU também está compreendida entre 500 e 2000 kPa (5 e 20 bar), preferencialmente entre 600 e 1000 (6 e 10 bar).
[0134] Mn
[0135] No caso de produção de poli-isobutileno (PIB) de acordo com a presente invenção, o polímero PIB final consiste essencialmente em unidades repetidas de isobutileno. Dependendo da composição da mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos) usada na presente invenção, o PIB resultante também pode conter quantidades menores de material derivadas de 1-butenos, butadieno ou outras olefinas C4 (por exemplo, 2-butenos (cis e/ou trans)). Em uma modalidade preferencial de acordo com a presente invenção, o polímero PIB é mais de 99 % em peso derivado de monômero isobutileno. O peso molecular numérico médio (Mn) do PIB pode estar vantajosamente compreendido entre 300 e 500000 g mol-1. Não há nenhuma restrição quanto ao tipo de PIB que pode ser produzido de acordo com a presente invenção; por exemplo, polímero vinilideno de médio alcance e/ou PIB altamente reativo podem ser vantajosamente produzidos.
[0136] A viscosidade da mistura de reação aumenta durante o processo de formação de polímero. A conversão total para obter polímero de baixo peso molecular (por exemplo, PIB) manterá a viscosidade da mistura de reação gerenciável (por exemplo, 4 a 10 mPa.s (4 a 10 cSt) a 10 °C).
[0137] O número de Reynolds no lado de processo do HERS deve ser suficientemente alto para garantir um alto coeficiente de transferência de calor (que é proporcional a sua energia 0,8 // (Re0,8)). Quanto mais a viscosidade aumenta, mais a taxa de fluxo de mistura de reação teórica também aumenta para alcançar o dito número de Reynolds; Alternativa e/ou adicionalmente, a fim de evitar o uso de taxas (ou velocidades) de fluxo de mistura de reação excessivas, pode ser necessário (por exemplo, no caso de polímeros de alto peso molecular) diminuir a viscosidade da mistura de reação, por exemplo, reduzindo-se a taxa de conversão de mistura de reação e/ou usando-se um diluente. POLIDISPERSIDADE
[0138] Polidispersidade - Uma modalidade de acordo com a presente invenção consiste no controle superior da polidispersidade restrita do polímero resultante. Para o propósito da presente invenção e das reivindicações anexas, a polidispersidade de um produto de polímero é definida como a razão do peso molecular médio ponderal (Mw) dividido pelo peso molecular numérico médio (Mn) do polímero (PD=Mw/Mn). Embora não seja desejável se ater a essa teoria, as Requerentes acreditam que sua polidispersidade superior foi obtida por uma combinação de um controle rígido das condições térmicas no HERS juntamente ao projeto específico da unidade de polimerização da presente invenção (por exemplo, pontos de introdução de alimentação fresca e/ou componentes de sistema de catalisador). Em particular, a preparação de produto de polímero de polidispersidade baixa com uma diminuição inesperada de polímeros de baixo e/ou alto peso molecular indesejados no dito produto é agora possível devido à presente invenção. Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, por exemplo, no caso de poli-isobutileno, a polidispersidade do produto de polímero pode ser vantajosamente controlada em valores que são menores que 4,0, por exemplo, menor que 2,0, preferencialmente menor que 1,7; valores menores que 1,6, 1,5 ou mesmo 1,4 também poderiam ser vantajosamente obtidos.
TEMPOS DE PERMANÊNCIA
[0139] Tempos de permanência - O tempo de permanência da mistura de reação no laço de polimerização (que é calculado dividindo-se o volume do reator pela taxa de alimentação volumétrica) está preferencialmente na faixa de 5 s a 120 min, mais preferencialmente na faixa de 10 s a 100 min, ainda mais preferencialmente na faixa de 1 min a 100 min, ainda mais preferencialmente na faixa de 2 min a 90 min e especialmente na faixa de 10 min a 60 min. Quando usado, o tempo de permanência da mistura de reação no reator de HPPU (que é calculado dividindo-se o volume do reator pela taxa de alimentação volumétrica) está preferencialmente na faixa de 0,5 s a 200 segundos, mais preferencialmente na faixa de 1 s a 100 s, ainda mais preferencialmente na faixa de 2 segundos a 50 segundos, e especialmente na faixa de 3 segundos a 25 segundos. Razões de recirculação
[0140] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a razão de recirculação (que é calculada como a razão de taxa de fluxo volumétrica entre a taxa de fluxo volumétrica de mistura de reação no laço de polimerização (em m3/h) e a taxa de fluxo volumétrica da remoção de mistura de polímero do laço (em m3/h)) está compreendida entre 5 e 50, preferencialmente entre 10 e 40, por exemplo, entre 15 e 30.
Velocidade Linear
[0141] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, a velocidade linear (que se refere à velocidade da mistura de reação nos canais do HERS e que é preferencialmente calculada dividindo-se a taxa de fluxo volumétrica da mistura de reação no laço de polimerização (em m3/h) pela área em corte transversal dos n canais da primeira seção) está compreendida entre 0,5 e 10 m/s, preferencialmente entre 1 e 5 m/s, por exemplo, entre 1,5 e 2,5 m/s.
[0142] Em uma modalidade de acordo com a presente invenção, o controle da taxa de fluxo volumétrica da mistura de reação no laço de polimerização (em m3/h) é obtido devido à bomba de circulação que é preferencialmente acionada por um motor com um acionamento de velocidade variável.
[0143] A dita bomba de circulação pode ser, por exemplo, selecionada entre circuladores ou bombas centrífugas. A bomba opera a um diferencial de pressão, delta P, para recircular a mistura de reação no HERS por todo o laço de polimerização.
[0144] A remoção de polímero pode ser feita em uma ou mais localizações no laço de polimerização, preferencialmente no sistema de tubulação de mistura de reação, por exemplo, a jusante da bomba de circulação.
[0145] O polímero que é retirado é, de modo preferencial, bruscamente resfriado por qualquer técnica adequada que seja bem conhecida pela pessoa versada na técnica, por exemplo, com o uso de um material capaz de exterminar o catalisador, como, por exemplo, hidróxido de amônio e/ou NaOH.
[0146] Quando o refrigerante é um refrigerante evaporativo, que representa a modalidade mais preferencial da presente invenção, o dito refrigerante entra preferencialmente nas passagens de refrigerante ([ ∑'=i nt + 1] do HERS com um líquido apenas. Durante seu fluxo pelas passagens do HERS, o refrigerante líquido é, então, preferencialmente convertido em uma mistura de gás/líquido correspondente que é, então, reconvertida em um líquido no sistema de tubulação de refrigerante que inclui convenientemente um sistema de liquefação de refrigerante. Exemplos
[0147] A invenção será ilustrada agora por meio de referência às figuras.
[0148] As Figuras 1 e 2 são modalidades ilustrativas de esquemas de unidade de polimerização de acordo com a presente invenção.
[0149] As Figuras 3, 4 e 5 são modalidades ilustrativas de esquemas de condições de processo de polimerização de acordo com a presente invenção.
[0150] A Figura 1 é uma modalidade ilustrativa de uma unidade de polimerização de acordo com a presente invenção.
[0151] A Figura 2 é uma modalidade ilustrativa de um sistema de reator e trocador de calor (“HERS”) de acordo com a presente invenção.
[0152] A modalidade ilustrativa de acordo com a figura 1 descreve uma versão simplificada de uma unidade de polimerização de acordo com a presente invenção.
[0153] A dita unidade de polimerização compreende um laço de polimerização e um laço de refrigerante e um sistema de reator e trocador de calor (“HERS”) que é compartilhado entre o laço de polimerização e o laço de refrigerante.
[0154] O HERS como mostrado compreende - oito seções, em que cada seção compreende n canais paralelepipédicos para a mistura de reação e (n+1) passagens para o refrigerante, em que o último canal de refrigerante de cada seção é preferencialmente compartilhado com o primeiro canal de refrigerante de sua próxima seção, - uma entrada de mistura de reação no lado inferior esquerdo do HERS, - uma saída de mistura de reação no lado inferior direito do HERS.
[0155] O laço de polimerização compreende um sistema de tubulação de mistura de reação conectado a uma entrada de mistura de reação e uma saída de mistura de reação do dito HERS; uma bomba de circulação pode ser vista no lado inferior esquerdo do dito sistema de tubulação de mistura de reação; as setas mostradas no sistema de tubulação de mistura de reação indicam a direção da trajetória de fluxo da mistura de reação recirculada a partir da saída de mistura de reação para a entrada de mistura de reação.
[0156] O laço de polimerização também compreende um sistema de remoção de polímero que pode ser visto no lado externo inferior esquerdo do HERS - a montante da entrada de mistura de reação; isto é, nessa configuração, a remoção de polímero está localizada no próprio sistema de tubulação de mistura de reação entre a bomba de circulação e a entrada de mistura de reação. Nessa configuração, a remoção pode ser vantajosamente feita a partir da caixa de distribuição que está representada na figura por um círculo. Simetricamente a partir do HERS, o outro círculo, que está localizado a jusante da saída de mistura de reação, corresponde à caixa de coleta de mistura de reação.
[0157] Na configuração de unidade de polimerização da figura 1, a trajetória de fluxo da mistura de reação (que não é mostrada, porém pode ser facilmente compreendida na representação de HERs simplificada de acordo com a figura 2) é uma “trajetória de fluxo em serpentina”.
[0158] A entrada de alimentação de mistura de reação pode compreender vantajosamente o monômero (ou monômeros) e oligômero (ou oligômeros)/polímero (ou polímeros), por exemplo, o isobutileno e o poli-isobutileno, o sistema de catalisador, por exemplo, cloreto de t-butila e EADC, o diluente (ou diluentes) de monômero (ou monômeros) e o solvente (ou solventes) de componente (ou componentes) de catalisador; em que a dita entrada de alimentação de mistura de reação é preferencialmente a combinação das alimentações frescas (consistindo, em uma modalidade opcional de acordo com a presente invenção em que uma HPPU é usada, em uma alimentação pré-polimerizada) juntamente à alimentação de recirculação menos a alimentação retirada; na configuração de unidade de polimerização da figura 1, a alimentação fresca, por exemplo, o isobutileno que compreende alimentação (preferencialmente pré-misturada com o cloreto de t-butila), é vantajosamente introduzida em diversos pontos de introdução no HERS como mostrado nos quatro pontos de introduções no fundo do HERS, respectivamente na caixa de entrada (por exemplo, a caixa que conecta a entrada de mistura de reação do HERS e a primeira seção de mistura de reação do HERS) e nas três zonas de junção de mistura de reação inferiores (que conectam os canais inferiores para a alimentação de mistura de reação de uma seção aos canais inferiores para a alimentação de mistura de reação da próxima seção). Os quatro símbolos FC/FV localizados nas linhas de alimentação fresca correspondem ao controle de fluxo e válvulas de controle de fluxo. Na configuração de unidade de polimerização da figura 1, o coiniciador (por exemplo, o catalisador de EADC) é vantajosamente introduzido na alimentação de circulação entre a saída de mistura de reação e a bomba.
[0159] O HERS como mostrado compreende adicionalmente - uma entrada de refrigerante no lado inferior direito do HERS; pode ser visto acima da saída de mistura de reação para melhor compreensão da figura, - uma saída de refrigerante no lado superior direito do HERS, em que as ditas entrada e saída de refrigerante do HERS conectam o HERS ao sistema de tubulação de refrigerante do laço de refrigerante. O sistema de tubulação de refrigerante compreende um sistema de refrigeração; como explicado em detalhes na descrição, é preferencialmente um sistema de liquefação de refrigerante que permite reconverter a mistura de refrigerante de gás/líquido no refrigerante evaporativo líquido desejado que é subsequentemente reintroduzido no HERS.
[0160] A modalidade ilustrativa de acordo com a figura 2 descreve uma versão simplificada de um HERS de acordo com a presente invenção.
[0161] O dito HERS compreende - uma entrada de mistura de reação no lado inferior esquerdo do HERS; nessa modalidade, a entrada de alimentação de mistura de reação pode compreender vantajosamente o monômero (ou monômeros) e polímero (ou polímeros), por exemplo, o isobutileno e o poli- isobutileno, o sistema de catalisador, por exemplo, cloreto de t-butila e EADC; em que a dita entrada de alimentação de mistura de reação é preferencialmente a combinação das alimentações frescas (consistindo, em uma modalidade opcional de acordo com a presente invenção, em uma alimentação pré-polimerizada) juntamente à alimentação de recirculação menos a alimentação retirada (não mostrada nessa figura); - uma saída de mistura de reação no lado inferior direito do HERS; - duas seções, isto é, uma seção esquerda que compreende a entrada de mistura de reação e uma seção direita que compreende a saída de mistura de reação; em que cada seção compreende três canais de mistura de reação circundadas por quatro canais de refrigerante, isto é, um total de seis canais de mistura de reação e sete canais de refrigerante, sendo que um canal de refrigerante é compartilhado entre as duas seções.
[0162] Na configuração de HERS da figura 2, a trajetória de fluxo da mistura de reação (como mostrado pelas setas) é uma “trajetória de fluxo em serpentina”, isto é, a trajetória de fluxo da mistura de reação na primeira seção é ascendente e a trajetória de fluxo da mistura de reação na última (segunda) seção é descendente. Essa trajetória de fluxo em serpentina pode se aplicar igualmente a modalidades em que mais de duas seções são usadas; por exemplo, o mesmo se aplica à figura 1 que mostra uma configuração de trajetória de fluxo em serpentina de oito seções.
[0163] Na configuração de HERS da figura 2, a trajetória de fluxo do refrigerante (por exemplo, propileno líquido) é ascendente (como mostrado pelas setas); o tubo de entrada de refrigerante que alimenta os sete canais de refrigerante em sua extremidade inferior pode ser visto no lado da extremidade direita da figura; o tubo de saída de refrigerante que coleta os sete canais de refrigerante em sua extremidade superior pode ser visto no lado da extremidade direita da figura.
[0164] A configuração de HERS simplificada da figura 2 também compreende: - uma caixa de entrada de mistura de reação que está localizada no HERS no fundo da primeira seção; - uma caixa de saída de mistura de reação que está localizada no HERS no fundo da última (segunda) seção; - uma zona de junção de mistura de reação que conecta os três canais paralelepipédicos para a alimentação de mistura de reação da primeira seção aos três canais paralelepipédicos para a alimentação de mistura de reação da segunda seção.
[0165] As Figuras 3, 4 e 5 são modalidades ilustrativas de esquemas de condições de processo de polimerização de acordo com a presente invenção.
[0166] Mostram uma simulação/cálculo de perfil de temperatura e um perfil de concentração de monômero de acordo com diferentes modalidades da presente invenção.
[0167] O reator usado para os cálculos é um reator platular que compreende oito seções, em que cada seção é feita de dez canais paralelepipédicos; a trajetória de fluxo da mistura de reação nos canais é uma trajetória de fluxo em serpentina como descrito nas figuras 1 e 2, com uma trajetória de fluxo vertical e ascendente na primeira seção e uma trajetória de fluxo vertical e descendente na última seção. O controle de temperatura de reação dos oitenta canais de mistura de reação é fornecido pelos oitenta e um canais de refrigerante adjacentes, sendo que o refrigerante evaporativo é dotado de uma trajetória de fluxo vertical e ascendente.
[0168] A mistura de reação é um rafinato-1 de isobutileno. O refrigerante usado é uma alimentação de propileno líquido evaporativo.
[0169] O volume total de mistura de reação do HERS é de 10,15 m3.
[0170] O volume total de mistura de reação dos canais de mistura de reação do HERS é de 8,51 m3.
[0171] O volume de sistema de tubulação de mistura de reação fora do HERS é de 2,32 m3.
[0172] O volume de reator de polimerização de laço = 10,15 m3 + 2,32 m3 = 12,47 m3
[0173] Na figura 5, a introdução de todo o monômero ocorre na primeira seção do HERS. Isso é mostrado na figura no lado esquerdo pelo aumento acentuado na concentração de monômero, em que a dita concentração é diminuída suave e regularmente ao longo da trajetória de reação de polimerização. No lado de controle de temperatura, a diminuição de temperatura regular geral é justificada pela diminuição de concentração de isobuteno; é interessante observar os diferentes aumentos de temperatura no gráfico, sendo que os pequenos aumentos de temperatura (ou “blips”) estão localizados na caixa de entrada e caixas de junção do HERS, isto é, em localizações em que a reação de polimerização continua com menos troca de calor entre a mistura de reação e o refrigerante; e em que o maior aumento, que é também o final, de temperatura está localizada no caixa de saída do HERS e a jusante da saída do HERS, isto é, no sistema de tubulação de mistura de reação e na bomba de circulação onde nenhuma troca de calor ocorre com o refrigerante reivindicado.
[0174] Os dados correspondentes à figura 5 são - uma taxa de fluxo volumétrica de laço de mistura de reação de polimerização de 1100 m3/h, - uma taxa de fluxo de rafinato de isobuteno de 20 t/h, - uma temperatura compreendida entre 9,4 e 10,4 °C, - uma concentração de isobuteno compreendida entre 55 e 205 mol/m3, - uma taxa de produção de poli-isobutileno de 9,3 t/h, - a produção de um H-100 grau PIB (exibindo uma viscosidade de 217 mPa.s (217 cSt) a 100 °C), e - uma ampliação da distribuição de peso molecular correspondente a 9,3 %.
[0175] Nas figuras 3 e 4, a introdução do monômero fresco ocorre não apenas na primeira seção do HERS, porém também nas três caixas de junção inferiores entre as seções. Isso é representado nas figuras 3 e 4 que mostram quatro aumentos separados na concentração de monômero, sendo que a dita concentração é, então, suave e regularmente diminuída ao longo da trajetória de reação de polimerização. No lado de controle de temperatura, a diminuição de temperatura regular geral é justificada pela diminuição de concentração de isobuteno; é interessante observar os diferentes aumentos de temperatura no gráfico, sendo que os pequenos aumentos de temperatura (ou “blips”) estão localizados na caixa de entrada e caixas de junção do HERS, isto é, em localizações em que a reação de polimerização continua com menos troca de calor entre a mistura de reação e o refrigerante; e em que o maior aumento, que é também o final, de temperatura está localizada no caixa de saída do HERS e a jusante da saída do HERS, isto é, no sistema de tubulação de mistura de reação e na bomba de circulação onde nenhuma troca de calor ocorre com o refrigerante reivindicado; também é interessante observar que entre os pequenos aumentos de temperatura (ou “blips”), os gráficos permitem diferenciar aqueles que estão ocorrendo nos quatro pontos de introdução do monômero fresco, isto é, que mostram aumentos de temperatura (ou “blips”) levemente maiores que em outros pontos no HERS. Os dados correspondentes à figura 3 são - uma taxa de fluxo volumétrica de laço de mistura de reação de polimerização de 1100 m3/h, - uma taxa de fluxo de rafinato de isobuteno de 20 t/h, - uma temperatura compreendida entre 9 e 10,2 °C, - uma concentração de isobuteno compreendida entre 85 e 140 mol/m3, - uma taxa de produção de poli-isobutileno de 9,26 t/h, - a produção de um H-100 grau PIB (exibindo uma viscosidade de 217 mPa.s (217 cSt) a 100 °C), e - uma ampliação da distribuição de peso molecular correspondente a 1,2 %. Os dados correspondentes à figura 4 são - uma taxa de fluxo volumétrica de laço de mistura de reação de polimerização de 1100 m3/h, - uma taxa de fluxo de rafinato de isobuteno de 20 t/h, - uma temperatura compreendida entre 7 e 8,2 °C, - uma concentração de isobuteno compreendida entre 470 e 525 mol/m3, - uma taxa de produção de poli-isobutileno de 8,66 t/h, - a produção de um H-2100 grau PIB (exibindo uma viscosidade de 4250 mPa.s (217 cSt) a 100 °C), e - uma ampliação da distribuição de peso molecular correspondente a 0,0 %.
[0176] A comparação entre as figuras 3, 4 e 5 mostra as vantagens fornecidas pela presente invenção que permite controlar o tipo de polímero que pode ser produzido, entre outros, sua distribuição de peso molecular.
[0177] A presente invenção fornece diversas vantagens como enfatizado pelos exemplos ilustrativos retratados nas figuras da presente invenção, por exemplo: - Uma superfície de troca melhorada entre a mistura de reação e o refrigerante, - Uma razão melhorada entre área de transferência de calor e volume, - Uma dimensão de tubulação de mistura de reação melhorada (reduzida) (por exemplo, seu comprimento) entre a entrada e a saída do reator de polimerização (zonas que, de outro modo, tenderiam a desenvolver reação adiabática), - Uma trajetória de fluxo de mistura de reação melhorada no reator e/ou no sistema de tubulação de mistura de reação que reduz ou até mesmo elimina as passagens preferenciais e/ou as zonas mortas prejudiciais da técnica anterior, - Uma dimensão melhorada (reduzida) do reator em comparação, por exemplo, ao reator tubular da técnica anterior, - Um padrão de queda de pressão baixa habilitado no lado do processo de mistura de reação.

Claims (27)

1. Unidade de polimerização para a polimerização iônica de uma mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos), por exemplo, de isobutileno, que compreende um laço de polimerização e um laço de refrigerante e um sistema de reator e trocador de calor (“HERS”) que é compartilhado entre o laço de polimerização e o laço de refrigerante, em que • o laço de polimerização compreende um sistema de tubulação de mistura de reação conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS, • o laço de refrigerante compreende um sistema de tubulação de refrigerante conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS, • o sistema de tubulação de mistura de reação compreende uma bomba de circulação e o laço de polimerização compreende um sistema de remoção de polímero, caracterizada pelo fato de que 1. o HERS compreende pelo menos uma seção, 2. a dita seção (ou seções) de HERS compreende “n” (em que n é um número inteiro maior ou igual a 1) canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) para a mistura de reação e “n+1” passagens para o refrigerante, 3. as trajetórias de fluxo da mistura de reação no “n” canal (ou canais) de uma seção são paralelas unidirecionalmente, 4. as trajetórias de fluxo do refrigerante nas “n+1” passagens de uma seção são paralelas unidirecionalmente às trajetórias de fluxo de mistura de reação, e 5. o refrigerante não está em contato direto com a mistura de reação, em que o refrigerante é um refrigerante evaporativo e o sistema de tubulação de refrigerante compreende um sistema de liquefação de refrigerante.
2. Unidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o HERS é um reator platular.
3. Unidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o HERS compreende pelo menos “x” seções, em que x é um número inteiro maior ou igual a 2, sendo que as ditas seções são paralelas e estão em série, preferencialmente lado a lado.
4. Unidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 3, caracterizada pelo fato de que uma seção compartilha sua última passagem de refrigerante com a primeira passagem de refrigerante da próxima seção.
5. Unidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizada pelo fato de que o número de seções “x” é par e é maior ou igual a 4, por exemplo, 6, 8 ou 10.
6. Unidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que cada seção de HERS compreende “n” (em que n é um número inteiro maior ou igual a 1) canais paralelepipédicos para a mistura de reação e “n+1” passagens para o refrigerante, em que “n” está compreendido entre 2 e 20, por exemplo, entre 4 e 16.
7. Unidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as dimensões dos canais paralelepipédicos de mistura de reação são definidas por - uma primeira dimensão (“altura”) compreendida entre 2 e 10 m, preferencialmente entre 4 e 8 m, por exemplo, entre 4,5 e 6,5 m, e/ou - uma segunda dimensão (“profundidade”) compreendida entre 0,1 e 3 m, preferencialmente entre 0,5 e 2 m, por exemplo, entre 0,75 e 1,5 m, e/ou - uma terceira dimensão (“largura”) compreendida entre 2 e 50 mm, por exemplo, entre 4 e 45 mm, preferencialmente entre 8 e 35 mm, por exemplo, entre 12 e 25 mm.
8. Unidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as dimensões dos canais paralelepipédicos de refrigerante são definidas por - uma primeira dimensão (“altura”) compreendida entre 2 e 10 m, preferencialmente entre 4 e 8 m, por exemplo, entre 4,5 e 6,5 m, e/ou - uma segunda dimensão (“profundidade”) compreendida entre 0,1 e 3 m, preferencialmente entre 0,5 e 2 m, por exemplo, entre 0,75 e 1,5 m, e/ou - uma terceira dimensão (“largura”) compreendida entre 1 e 30 mm, preferencialmente entre 2 e 20 mm, por exemplo, entre 5 e 16 mm.
9. Unidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que - as alturas dos canais paralelepipédicos de refrigerante são idênticas às alturas dos canais paralelepipédicos de mistura de reação, em que cada altura é preferencialmente igual, - as profundidades dos canais paralelepipédicos de refrigerante são idênticas às profundidades dos canais paralelepipédicos de mistura de reação, em que cada profundidade é preferencialmente igual, e - a largura dos canais de refrigerante (W-Cool) são menores que a largura dos canais de mistura de reação (W-Reac), por exemplo, a razão entre W-Cool e W-Reac é menor que 0,8, preferencialmente menor que 0,6, ainda menor que 0,5.
10. Unidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a razão entre o volume de canais de refrigerante e o volume de canais de mistura de reação no HERS é menor que 0,8, preferencialmente menor que 0,6, menor que 0,5 ou ainda menor que 0,3.
11. Unidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a distância entre a saída de mistura de reação do HERS e a entrada de mistura de reação do HERS é menor que 5 m, por exemplo, menor que 4 m, preferencialmente menor que 3 m, por exemplo, menor que 2,5 m.
12. Unidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que uma zona de junção de mistura de reação conecta os “n” canais paralelepipédicos para a alimentação de mistura de reação de uma seção do HERS aos “n” canais paralelepipédicos para a alimentação de mistura de reação da próxima seção do HERS, e em que a zona de junção de mistura de reação compreende um elemento de misturação/distribuição que favorece a distribuição da mistura de reação.
13. Unidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o HERS é definido por uma razão entre área de superfície e volume de mistura de reação (“S/V” expressa em m2/m3) - maior que 10, maior que 20, preferencialmente maior que 40, por exemplo, maior que 60, e/ou - menor que 750, menor que 450, preferencialmente menor que 350, por exemplo, menor que 160.
14. Processo de laço de polimerização iônica para a polimerização de uma mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos) (por exemplo, de isobutileno) em uma unidade de polimerização, conforme definida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 13, que compreende um laço de polimerização, um laço de refrigerante e um sistema de reator e trocador de calor (“HERS”) que é compartilhada entre o laço de polimerização e o laço de refrigerante em que o laço de polimerização compreende um sistema de remoção de polímero e um sistema de tubulação de mistura de reação que compreende uma bomba de circulação e que é conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS e sendo que o laço de refrigerante compreende um sistema de tubulação de refrigerante conectado a uma entrada e uma saída do dito HERS, caracterizado pelo fato de que 1. o HERS compreende pelo menos uma seção em que tanto a mistura de reação quanto o refrigerante são circulados, 2. a dita seção (ou seções) de HERS compreende “n” (em que n é um número inteiro maior ou igual a 1) canal paralelepipédico (ou canais paralelepipédicos) em que a mistura de reação é circulada e “n+1” passagens em que o refrigerante é circulado, 3. as trajetórias de fluxo da mistura de reação no “n” canal (ou canais) de uma seção são paralelas unidirecionalmente, 4. as trajetórias de fluxo do refrigerante nas “n+1” passagens de uma seção são paralelas unidirecionalmente às trajetórias de fluxo de mistura de reação, e 5. em que o refrigerante não está em contato direto com a mistura de reação, em que o refrigerante é um refrigerante evaporativo e o sistema de tubulação de refrigerante compreende um sistema de liquefação de refrigerante.
15. Processo de laço de polimerização iônica, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a diferença de temperatura do refrigerante entre qualquer ponto no lado do refrigerante do HERS é menor que 3 °C, preferencialmente menor que 2,5 °C, menor que 2 °C, menor que 1,5 °C, por exemplo, menor que 1 °C.
16. Processo de laço de polimerização iônica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 15, caracterizado pelo fato de que o refrigerante é um refrigerante evaporativo e em que a seção (ou seções) de HERS compreende “n+1” (em que n é um número inteiro maior ou igual a 1) passagens onde o refrigerante é circulado e pelo menos parcialmente evaporado.
17. Processo de laço de polimerização iônica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16, caracterizado pelo fato de que o refrigerante é selecionado entre CFC (Clorofluorocarboneto), CFO (Clorofluoroolefina), HCFC (Hidroclorofluorocarboneto), HCFO (Hidroclorofluoroolefina), HFC (Hidrofluorocarboneto), HFO (Hidrofluoroolefina), HCC (Hidroclorocarboneto), HCO (Hidrocloroolefina), HC (Hidrocarboneto), HO (Hidroolefina, por exemplo, alceno(s)), PFC (Perfluorocarboneto), PFO (Perfluoroolefina), PCC (Perclorocarboneto), PCO (Percloroolefina), Halon/Haloalcano, e/ou misturas dos mesmos, mais preferencialmente propileno.
18. Processo de laço de polimerização iônica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 17, caracterizado pelo fato de que a trajetória de fluxo da mistura de reação em uma seção do HERS é oposta à trajetória de fluxo da mistura de reação na próxima seção (“trajetória de fluxo em serpentina”).
19. Processo de laço de polimerização iônica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 18, caracterizado pelo fato de que a trajetória de fluxo da mistura de reação no canal (ou canais) da primeira seção é ascendente e/ou a trajetória de fluxo da mistura de reação no canal (ou canais) da última seção é descendente.
20. Processo de laço de polimerização iônica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 19, caracterizado pelo fato de que a direção das trajetórias de fluxo da mistura de reação no canal (ou canais) das seções do HERS é vertical, e/ou a direção das trajetórias de fluxo do refrigerante nas passagens das seções do HERS é vertical e ascendente.
21. Processo de laço de polimerização iônica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 20, caracterizado pelo fato de que o monômero líquido (ou monômeros líquidos) é introduzido no laço de polimerização da unidade de polimerização - no próprio sistema de tubulação de mistura de reação, por exemplo, entre a bomba de circulação e a entrada de mistura de reação do HERS, e/ou - na caixa de entrada de mistura de reação, em que a dita caixa está localizada no HERS imediatamente antes da primeira seção do HERS, preferencialmente no fundo da dita seção, e/ou - em uma zona de junção de mistura de reação, a qual conecta os “n” canais paralelepipédicos para a alimentação de mistura de reação de uma seção aos “n” canais paralelepipédicos para a alimentação de mistura de reação da próxima seção e em que a zona de junção de mistura de reação compreende um elemento de misturação/distribuição que favorece a distribuição da mistura de reação.
22. Processo de laço de polimerização iônica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 21, caracterizado pelo fato de que a mistura de reação contendo monômero líquido (ou monômeros líquidos) compreende um sistema de catalisador que consiste em um sistema de coiniciador de ácido de Lewis, isto é, um ácido de Lewis que atua como um coiniciador (frequentemente identificado como o catalisador ou ativador) preferencialmente junto a um iniciador.
23. Processo de laço de polimerização iônica, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o iniciador está presente e é pré-misturado com o monômero líquido antes de sua introdução no HERS.
24. Processo de laço de polimerização iônica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 22 ou 23, caracterizado pelo fato de que o catalisador é introduzido - no próprio sistema de tubulação de mistura de reação, por exemplo, entre a saída de mistura de reação do HERS e a bomba de circulação, e/ou - em uma zona de junção de mistura de reação, a qual conecta os “n” canais paralelepipédicos para a alimentação de mistura de reação de uma seção do HERS aos “n” canais paralelepipédicos para a alimentação de mistura de reação da próxima seção do HERS e em que a zona de junção de mistura de reação compreende um elemento de misturação/distribuição que favorece a distribuição da mistura de reação, preferencialmente uma zona de junção de mistura de reação em que nenhum monômero líquido fresco é introduzido.
25. Processo de laço de polimerização iônica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 24, caracterizado pelo fato de que o HERS é definido por um coeficiente de transferência de calor volumétrico (expresso em MW/m3.K) - maior que 0,004, maior que 0,008, preferencialmente maior que 0,015, por exemplo, maior que 0,03, e/ou -menor que 0,4, menor que 0,2, preferencialmente menor que 0,1, por exemplo, menor que 0,05.
26. Processo de laço de polimerização iônica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 25, caracterizado pelo fato de que a razão de recirculação (que é calculada como a razão de taxa de fluxo volumétrica entre a taxa de fluxo volumétrica de mistura de reação no laço de polimerização (em m3/h) e a taxa de fluxo volumétrica da remoção de mistura de polímero do laço (em m3/h)) está compreendida entre 5 e 50, preferencialmente entre 10 e 40, por exemplo, entre 15 e 30.
27. Processo de laço de polimerização iônica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 26, caracterizado pelo fato de que a velocidade linear (que se refere à velocidade da mistura de reação nos canais do HERS e que é preferencialmente calculada dividindo-se a taxa de fluxo volumétrica da mistura de reação no laço de polimerização (em m3/h) pela área em corte transversal dos n canais da primeira seção) está compreendida entre 0,5 e 10 m/s, preferencialmente entre 1 e 5 m/s, por exemplo, entre 1,5 e 2,5 m/s.
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