BRPI0612241A2 - dispositvo para tratamento de material polimerizável, processo para aquecimento de material polimerizável, e dispositivo e processo para produção de ácido (met) acrìlico de alta pureza - Google Patents

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Abstract

DISPOSITIVO PARA TRATAMENTO DE MATERIAL POLIMERIZáVEL, PROCESSO PARA AQUECIMENTO DE MATERIAL POLIMERIZAVEL, E DISPOSITIVO E PROCESSO PARA PRODUçAO DE áCIDO (MET)ACRìLICO DE ALTA PUREZA. A presente invenção se refere a uma disposição (1) para tratamento de um material polimerizável (12), compreendendo pelo menos um dispositivo de gaseificação (2), para alimentar um gás (11) ao material polimerizável (12), e um dispositivo de aquecimento (3), para aquecer o material polimerizável (12) dotado com gás (11) caracterizado pelo fato de que o dispositivo de aquecimento (3) é projetado de modo que o material polimerizável (12) escoa pelo dispositivo de aquecimento (3) por meio de uma entrada (4) contra a gravidade (9), e meios para distribuição uniforme do gás (11) pela entrada (4) são proporcionados. A invenção também se refere a um processo para aquecimento de um material polimerizável, um dispositivo para produção de ácido (met)acrílico, e a um processo para produção de ácido (met)acrílico de alta pureza.

Description

DISPOSITIVO PARA TRATAMENTO DE MATERIAL POLIMERIZÁVEL,PROCESSO PARA AQUECIMENTO DE MATERIAL POLIMERIZÁVEL, EDISPOSITIVO E PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE ÁCIDO (MET)ACRÍLICODE ALTA PUREZA
A presente invenção se refere a um dispositivo paratratamento de um material polimerizável, compreendendo pelomenos um dispositivo de gaseificação, para introdução de umgás no material polimerizável, e um dispositivo deaquecimento para aquecer o material polimerizável dotadocom gás. A invenção também se refere a um processo paraaquecimento de um material polimerizável, um dispositivopara produção de ácido (met)acrílico de alta pureza, e a umprocesso para produção de ácido (met)acrílico de altapureza.
Por ácido (met)acrílico, entende-se no momento ambosos ácidos metacrílico e acrílico, em que o ácido acrílico éparticularmente preferido.
É conhecido que os materiais polimerizáveis, tais comoácido (met)acrílico e éster de ácido (met)acrílico podemser facilmente forçados a polimerizar por calor e/ou pelaação de luz e/ou peróxidos. Uma vez que, contudo, emprodução, processamento e/ou armazenamento, a polimerizaçãodeve ser minimizada ou impedida por segurança técnica erazões econômicas, há um requisito constante para novos,simples e efetivos processos e instalações para redução depolimerização descontrolada. É, além disso, tambémconhecido que a polimerização de ácido (met)acrílico eésteres de ácidos (met)acrílicos pode ser impedida por usode inibidores de polimerização, tais como, por exemplo,hidroquinonas ou derivados de hidroquinona. A presença deoxigênio também inibe a polimerização.
De um modo geral, o ácido (met)acrílico é produzidopor oxidação catalítica em fase gasosa de carboidratosinsaturados, tal como, por exemplo, propileno ouisobutileno. Primeiro, uma mistura reacional gasosa,compreendendo (met)acroleína é obtida, que é oxidada em umasegunda etapa de oxidação, para obter uma mistura gasosa deproduto compreendendo ácido (met)acrílico. Essa misturagasosa de produto é então condensada ou absorvida em umsolvente adequado, com o que uma fase líquida compreendendoácido (met)acrílico é obtida. Essa fase líquida, que, alémdo ácido (met)acrílico e opcionalmente de agente deabsorção, compreende ainda vários subprodutos, que sãoformados na oxidação em fase gasosa dos carboidratosinsaturados, como os compostos de partida, é entãopurificada por meio de outros processos de purificação, emparticular por meio de destilação. Opcionalmente, o ácido(met)acrílico é também convertido com álcoois adequados aosésteres de ácidos (met)acrílicos correspondentes.
Na purificação por destilação de líquidoscompreendendo ácido (met)acrílico, ou na esterificaçãodeles, esses líquidos devem ser, no entanto, aquecidos auma temperatura necessária para um desempenho de separaçãosuficiente ou, respectivamente, para uma esterificação, como que esse aquecimento ocorre, de preferência, emtrocadores de calor de atados de tubos adequados. Paraimpedir uma polimerização do ácido (met)acrílico, durante,respectivamente, a destilação, ou esterificação, sob tensãotérmica, é também comum adicionar inibidores depolimerização.
Os sistemas atualmente conhecidos para processamentode um material polimerizável também não podem proporcionarconfiabilidade suficiente com relação à polimerização, queocorre na região do trocador de calor de atado de tubos.
É um objeto da presente invenção atenuar, pelo menosparcialmente, os problemas técnicos descritos comreferência à técnica anterior. Em particular, umdispositivo deve ser proposto, no qual um tratamento domaterial polimerizável é proporcionado com particularmentepouca polimerização. 0 dispositivo deve ser adicionalmentedistinguido por requisitos de uma construção simples e debaixa manutenção. Por fim, os processos e usosparticularmente adequados desse dispositivo, bem como dosprodutos descritos com eles, vão ser adicionalmentedescritos.
Esses objetos são solucionados por um dispositivo parao tratamento de um material polimerizável com os aspectosda reivindicação de patente 1, por um processo paraaquecimento de um material polimerizável com os aspectos dareivindicação 8, por um dispositivo para produção de ácido(met)acrílico de alta pureza com os aspectos dareivindicação 13, bem como por um processo para produção deácido (met) acrílico de alta pureza com os aspectos dareivindicação 14. Outras concretizações vantajosas dodispositivo, processos operacionais preferidos, bem comoprodutos produzidos com eles, são descritos nasreivindicações de patente dependentes. Deve-se mencionarque os aspectos descritos individualmente nasreivindicações de patente podem ser combinados entre si, dequalquer modo tecnologicamente possível, e ilustram outrasconcretizações da invenção.
0 dispositivo de acordo com a invenção, paratratamento de um material polimerizável, compreende pelomenos um dispositivo de gaseificação, para alimentar um gásno material polimerizável, e um dispositivo de aquecimento,para aquecer o material polimerizável dotado com gás. 0dispositivo de aquecimento é projetado de modo que omaterial polimerizável escoe por ele, por uma entradacontra a gravidade, e meios para distribuição uniforme dogás pela entrada são proporcionados.
0 material polimerizável está aqui presentesubstancialmente como fluido, com que o gás é introduzidonesse fluido por meio de pelo menos um dispositivo degaseificação. Esse dispositivo de gaseificação podecompreender uma única posição de gaseificação, embora,também seja possível que mais posições de gaseificaçãosejam obtidas por meio de um dispositivo de gaseificaçãoindividual. Nesse caso, é possível que cada posição degaseificação possa ser operada individualmente em grupos outodas conjuntamente.
0 dispositivo de gaseificação é projetado comsuperfícies de troca térmica, que são colocadas em contatocom o material polimerizável. 0 dispositivo de aquecimentopode ser aquecido de qualquer modo conhecido, depreferência, no entanto, é o aquecimento com vapor d1água.
0 dispositivo de aquecimento compreende rotas de escoamentoseparadas para o vapor d1água e o material polimerizável.Os meios de troca térmica (material polimerizável, vapord1água) podem ser movimentados entre si em qualquerdireção, em particular, também em escoamento emcontracorrente.
Por entrada quer-se mencionar em particular a aberturade entrada do dispositivo de aquecimento. A entrada épreferivelmente projetada com uma seção transversalredonda, que tem um diâmetro dentro da faixa de 500 a2.500. A entrada é preferivelmente dispostahorizontalmente.
O dispositivo é projetado de modo que o materialpolimerizável escoe contra a gravidade. De preferência, omaterial polimerizável escoa substancialmente paralelocontra a gravidade. Isso é particularmente vantajoso, se asrotas de escoamento para o material polimerizável, pelodispositivo de aquecimento, igualmente seguem paralelas àgravidade. Desse modo, as regiões dentro das rotas deescoamento, nas quais ocorrem um maior acúmulo do gásfornecido, são evitadas. A distribuição uniforme do gás nomaterial polimerizável se mantém durante toda a duração doescoamento pelo dispositivo de aquecimento. Desse modo, apolimerização no dispositivo de aquecimento éconsideravelmente reduzida e ainda parcialmente impedida deforma duradoura.
Os meios para distribuição uniforme do gás pelaentrada garantem que cada escoamento parcial do materialpolimerizável, durante escoamento pelo dispositivo deaquecimento, é proporcionado substancialmente com o mesmoteor de gás, em particular, com um gás que inibe apolimerização, e, desse modo a mesma baixa tendência depolimerizar está presente em todas as rotas de escoamentodo material polimerizável. Os meios podem ser, por exemplo,obtidos com as concretizações particularmente adequadas dodispositivo de gaseificação e/ou da entrada e/ou doscomponentes separados na instalação. As concretizaçõesparticularmente preferidas são descritas a seguir.
A construção vertical do dispositivo, bem como osuprimento ou distribuição uniforme, respectivamente, dogás no material polimerizável reduz, significativamente, atendência de polimerização, de modo que o dispositivo deaquecimento opera por um longo período de tempo com um altograu de eficiência. Desse modo, os requisitos de custo emanutenção podem ser reduzidos significativamente.
De acordo com uma outra concretização do dispositivo,propõe-se que o dispositivo de aquecimento compreenda pelomenos um trocador de calor de atado de tubos vertical. Comum trocador de calor de atado de tubos, o materialpolimerizável é conduzido por uma pluralidade de tubos, emtorno dos quais um meio quente (por exemplo, vapor d'água)escoa. Esse trocador de calor de atado de tubos épreferivelmente projetado com uma altura dentro da faixa de4 a 6 m. A extensão horizontal fica, por exemplo, dentro dafaixa de 1 a 2,50 m. De preferência, um trocador de calorde atado de tubos é colocado em um recipiente similar a umacoluna. Além do trocador de calor de atado de tubos,trocadores de calor de atado lamelar, que compreendemcanais estreitos, que são produzidos de maços de folhas porsolda por costura ou pontos, também podem ser usados como odispositivo de aquecimento. Com relação à construção exatados trocadores de calor de atado de tubos ou atado lamelar,respectivamente, faz-se referência a "Basic Operations ofChemical Process Technology" (Grudooperationen ChemischerVerfahrenstechnik"), Wilhelm R. A. Vauck e Hermann A.Miiller7 Wiley VCH-Verlag, 11a edição revista e estendida,2000, páginas 502 - 506. A descrição desse livro-texto,relativa à construção de trocadores de calor de atado detubos e atado lamelar, é aqui introduzida como referência eforma parte da descrição da presente invenção.Propõe-se ainda que pelo menos um dispositivo degaseificação seja disposto a uma distância da entrada dodispositivo de aquecimento, que fica dentro de uma faixa de300 a 1.000 mm. Uma faixa de 300 a 500 mm é preferida.
Desse modo, um dispositivo particularmente compacto écriado. Em associação com os meios para distribuiçãouniforme do gás, uma distribuição do gás muito boa pode serobtida, a despeito dessa pequena distância. O dispositivode gaseificação então leva, por exemplo, não a um tubo, aum tipo de câmara de mistura na região de transição do tubopara o dispositivo de aquecimento. Distânciasparticularmente pequenas podem ser mantidas se odispositivo de gaseificação for projetadocorrespondentemente, isto é, por exemplo, que jápossibilite por si do gás por mais de uma posição degaseificação.
De acordo com uma outra concretização do dispositivo,o dispositivo de gaseificação compreende pelo menos umbocal, que tem um ângulo de abertura de pelo menos 30graus. Os bocais com um ângulo de abertura dentro da faixade 40 a 50 graus são os preferidos. Desse modo, o gás évantajosamente conduzido com uma sobrepressão de pelo menos2 bar, de preferência, em torno de 3 bar, na direção domaterial polimerizável fluido. Com relação aoposicionamento de pelo menos um bocal, deve-se garantir queuma gaseificação uniforme da entrada do dispositivo deaquecimento seja obtida. Desse modo, por exemplo, um bocalindividual deve ser posicionado o mais centralmentepossível em relação à entrada, enquanto vários bocais devemser dispostos uniformemente distribuídos pela seçãotransversal da entrada e/ou na circunferência. Prefere-separticularmente que os bocais sejam dispostos de modo que oescoamento do gás ocorre contrário à direção de escoamentodo material polimerizável.
É ainda vantajoso que pelo menos um dispositivoinfluenciador de escoamento seja proporcionado entre odispositivo de gaseificação e a entrada. O dispositivoinfluenciador de escoamento tem, em particular, a função dedistribuir ou desviar o material polimerizável fluido. Aspossíveis concretizações de um dispositivo influenciador deescoamento são, por exemplo, uma tela, uma grade, uma placaperfurada, etc. Com relação a uma placa perfurada, éparticularmente preferido que essa tenha uma seçãotransversal de escoamento livre dentro da faixa de até 30%.
Como o diâmetro do furo, de preferência, uma faixa de 20 a30 mm está presente. O dispositivo influenciador deescoamento pode também opcionalmente, pelo menosparcialmente, servir como detector para o gás e/ou materialpolimerizável, de modo que uma turbulência ou expansão departe do escoamento ocorra. Uma concretização dodispositivo influenciador de escoamento, no qual passa oescoamento total do material polimerizável, é a preferida.
De acordo com uma outra concretização do dispositivo,antes do dispositivo de gaseificação, mostrada na direçãode escoamento do material polimerizável, pelo menos umcondicionador de escoamento é proporcionado para geração deum fluxo cruzado. Esse condicionador de fluxo tem, depreferência, um efeito básico (único) no escoamento domaterial polimerizável. Afeta a turbulência, rotação ouassemelhados. Desse modo, pode-se atingir que o materialpolimerizável, na região da expansão antes da entrada dodispositivo de aquecimento, seja distribuído uniforme erapidamente. É também possível que ocorra um escoamentoespecífico depois do material polimerizável no dispositivode gaseificação. É ainda vantajoso que o condicionador deescoamento influencie um tipo de orientação de escoamento,por um comprimento particular na direção de escoamento.
Esse comprimento é vantajosamente não inferior a 300 mm ese situa, de preferência, em uma faixa superior a 500 mm.
Nesse contexto, é particularmente vantajoso que pelomenos um condicionador de escoamento compreenda umapluralidade de defletores, para geração de uma rotação depelo menos parte do material polimerizável. Desse modo, éalcançado com um escoamento frontal do materialpolimerizável na direção da entrada do dispositivo deaquecimento, a ocorrência de um desvio em uma seçãotransversal por meio do condicionador de escoamento.
Além do mais, um processo para aquecimento de ummaterial polimerizável é proposto, no qual o materialpolimerizável, em um dispositivo de acordo com a invenção,é primeiro enriquecido com um gás compreendendo oxigênio edepois aquecido.O material polimerizável é preferivelmente um compostoetilenicamente insaturado, selecionado do grupo consistindode ácido acrílico, ácido metacrílico e ésteres de ácidoacrílico e ácido metacrílico, em que como um éster de ácidometacrílico, um éster metílico de ácido metacrílico e uméster etílico de ácido metacrílico, e como um éster deácido acrílico, um éster metílico de ácido acrílico e uméster etílico de ácido acrílico são particularmentepreferidos. Especialmente, o material polimerizável é ácidoacrílico.
Prefere-se ainda de acordo com a invenção que omaterial polimerizável, no qual gás é introduzido,compreenda outros subprodutos além dos compostosetilenicamente insaturados mencionados acima.
De acordo com uma concretização particular do processode acordo com a invenção, o material polimerizável ébaseado em:
(al) 50 a 99,5% em peso, especialmente, 60 a 99% empeso de ácido (met)acrílico;
(cc2) 0, 0001 a 20% em peso, especialmente, 5 a 15% empeso de um agente de separação;
(a3) 0, 0001 a 5% em peso, especialmente, 0,001 a 1%em peso de água;(α4) 0, 0001 a 10% em peso, especialmente, 0,5 a 5%em peso de um ácido (met)acrílico dimérico; e
(a5) 0,1 a 15% em peso, especialmente, 0,5 a 10% empeso de outros subprodutos,
em que a soma dos componentes (al) a (oc5) é igual a100% em peso.
No caso de tratamento de ácido acrílico, como omaterial polimerizável, o agente de separação é, depreferência, solventes orgânicos com os quais a água formaum azeótropo. Especialmente preferido como o agente deseparação é tolueno. Os subprodutos, no caso de tratamentode ácido acrílico, são, de preferência, os compostosselecionados do grupo compreendendo aldeídos, tal comofurfural, benzaldeído ou propionaldeído, e inibidores depolimerização, tal como hidroquinona ou fenotiazina.
De acordo com outra concretização particular doprocesso de acordo com a invenção, o material polimerizávelé baseado em:
(βΐ) 0 a 1% em peso, especialmente, 0,0001 a 0,1% empeso de ácido (met)acrílico;
(β2) 50 a 99% em peso, especialmente, 60 a 98% empeso de ésteres de ácido (met)acrílico;(β3) 0,0001 a 1% em peso, especialmente, 0,01 a 0,5%em peso de água;
(β4) 0 a 2% em peso, especialmente, 0,0001 a 1% empeso de um álcool; e
(β5) 0,5 a 10% em peso, especialmente, 1 a 5% empeso de outros subprodutos,
em que a soma dos componentes (βΐ) a (β5) é igual a100% em peso.
Os álcoois são, de preferência, álcoois primáriosselecionados do grupo compreendendo metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol, n-butanol, isobutanol ou t-butanol,particularmente, n-butanol, e os ésteres sãocorrespondentemente, de preferência, éster metilico, ésteretilico, éster propilico ou éster butilico. Os subprodutossão, além dos inibidores de polimerização, por exemplo, oscompostos selecionados do grupo consistindo de éter di-n-butilico, acetato de n-butila e butirato de butila.
Como o gás, que é introduzido no materialpolimerizável, oxigênio ou misturas gasosas compreendendooxigênio, tal como, por exemplo, ar são preferidos.
De acordo com uma concretização particular do processode acordo com a invenção, para aquecimento de um materialpolimerizável, o material polimerizável é a composição queé obtida como produto de fundo, de acordo com o seguinteprocesso:
A) oxidação catalitica em fase gasosa de propilenopara formar uma primeira mistura gasosa produtocompreendendo acroleína;
B) oxidação catalitica em fase gasosa da acroleínapara formar uma segunda mistura gasosa produtocompreendendo ácido acrílico;
C) condensação da segunda mistura gasosa produto emuma torre de têmpera, para obter uma soluçãoaquosa de ácido acrílico; e
D) destilação azeotrópica da solução aquosa de ácidoacrílico na presença de tolueno, como agente deentranhamento, para obter um produto de fundo eprodutos de cabeça.
De acordo com uma concretização particular do processode acordo com a invenção, o material polimerizável,enriquecido com oxigênio, é aquecido a uma temperatura depelo menos 85°C, particularmente, de pelo menos 90°C.Geralmente, o material polimerizável, se for um materialpolimerizável novamente processado de uma coluna dedestilação, escoa com uma temperatura de cerca de 70 a80°C. De acordo com o processo aqui proposto, um aumento detemperatura de até 91°C pode ser atingido, que éconsiderável levando-se em conta o curto tempo deresidência dentro do dispositivo de aquecimento. Avelocidade de escoamento do material polimerizável é, porexemplo, 2 a 5 m/s. Isso produz uma transferência de calorparticularmente boa no dispositivo de aquecimentonecessária, que pode ser garantida com as medidasmencionadas acima, uma vez que a polimerização não impedesubstancialmente a transferência de calor.
Prefere-se então que o material polimerizável sejasuprido com um escoamento volumétrico médio de 500 a 3.000m3/h. Isso tem conseqüências econômicas consideráveis, umavez que, por exemplo, a produção de ácido acrílico pode serconduzida muito rapidamente e em grande escala.
Para o dispositivo de aquecimento, que é operado emcooperação com um dispositivo de destílação, sugere-se comrelação aos escoamentos volumétricos mencionados acima queo gás compreendendo oxigênio seja suprido com um escoamentomássico médio de 60 a 180 kg/h. Essa quantidade de um gásinibidor de polimerização é, por um lado, suficiente paraevitar a polimerização no dispositivo de aquecimento, e,por outro lado, pequena, uma vez que, por causa dadistribuição uniforme, uma superprodução não é necessária.
A presente invenção que se refere a um dispositivopara produção de ácido (met)acrílico de alta pureza,compreendendo como componentes do dispositivo, ligadosentre si de um modo de transporte de fluido:
(a) um reator de síntese;
(b) um dispositivo de absorção ou condensação; e
(c) um dispositivo de purificação,
em que o dispositivo de purificação (c) compreendepelo menos um dispositivo de acordo com a invenção,para tratamento de um material polimerizável.
Como o reator (a), todos os reatores conhecidosdaqueles versados na técnica podem ser usados, que sãogeralmente usados na produção de ácido (met)acrílico. Osreatores preferidos são os reatores de atados de tubos, comum leito compacto de catalisador, e reatores quecompreendem chapas térmicas revestidas com catalisador ouchapas térmicas com um enchimento de leito compacto decatalisador. Os reatores também compreendem, além do espaçode reação associado com o catalisador, um espaço detransporte de calor pelo qual escoa um meio deresfriamento. Os reatores preferidos de acordo com ainvenção são descritos, por exemplo, nos pedidos de patenteEP-A-O 700 893 e DE-A-IOl 08 380.
0 dispositivo de absorção ou condensação (b) épreferivelmente uma denominada "torre de têmpera", descritano pedido de patente EP-A-I 319 648. Nessa torre detêmpera, o ácido (met)acrílico obtido na segunda etapa deoxidação (na qual a (met)acroleina é oxidada a ácido(met)acrílico) e a água da reação originária durante aoxidação são submetidos a uma condensação total, paraformar uma solução aquosa de ácido (met)acrílico. Emprincípio, os dispositivos de condensação preferidos são oscondensadores com componentes que são efetivos paraseparação, em particular, com recheios, materiais deenchimento e/ou fundos, por exemplo, bandejas de bolhas,fundos de tela, fundos de válvulas e/ou fundos deescoamento duplo. Desse modo, os componentes condensáveisda mistura de produtos gasosos são condensadosfracionadamente por resfriamento. Uma vez que a misturagasosa compreende frações de alto ponto de ebulição, pontode ebulição intermediário e baixo ponto de ebulição, bemcomo componentes não condensáveis, em conseqüência dasimpurezas e dos gases de diluição, na coluna, nas posiçõescorrespondentes, uma ou mais saídas podem serproporcionadas. Contrária a uma condensação geral, umacondensação em uma coluna já propicia, desse modo, umaseparação nos componentes individuais. As colunas adequadascompreendem pelo menos um dispositivo de resfriamento, emque todos os dispositivos de transferência ou trocadores decalor comuns, com os quais o calor formado durante acondensação é removido indiretamente (externamente), sãoadequadas. Os trocadores de calor de atados de tubos, ostrocadores de calor de chapas e os resfriadores de ar sãoos preferidos. Os meios de resfriamento adequados são arpara o resfriador de ar e fluidos de resfriamentocorrespondentes, em particular água, para outrosdispositivos de resfriamento. Se apenas um dispositivo deresfriamento for proporcionado, esse é equipado na cabeçada coluna, na qual a fração de baixo ponto de ebulição écondensada. Uma vez que a mistura incorporando ácido(met)acrílico compreende várias frações, é prático colocaruma pluralidade de dispositivos de resfriamento emdiferentes seções da coluna, por exemplo, um dispositivo deresfriamento na seção inferior da coluna para condensaçãoda fração de alto ponto de ebulição e um dispositivo deresfriamento na cabeça da coluna para condensação da fraçãode baixo ponto de ebulição. No caso da produção de ácidoacrílico, esse é removido por meio de uma ou mais saídaslaterais em uma fração na parte intermediária da coluna.
Além da condensação dos componentes de reação gasosos,esses podem ser também postos em contato íntimo com umfluido de absorção em uma coluna de absorção dotada comcomponentes, que são efetivos para separação e assimabsorvidos.
A solução aquosa de ácido acrílico obtida na torre detêmpera, o ácido acrílico removido da coluna decondensação, de preferência, como uma corrente lateral dasolução de ácido acrílico, obtida após absorção em umsolvente adequado, é depois purificada em um dispositivo depurificação adequado (c) . Esse dispositivo de purificação(c) compreende pelo menos um dispositivo de acordo com ainvenção, para tratamento de um material polimerizável. Deacordo com uma concretização particular do dispositivo deacordo com a invenção para ácido (met)acrílico, odispositivo de purificação (c) compreende um dispositivo dedestilação, que é conectado com um dispositivo de acordocom a invenção de tal modo que pelo menos uma parte doproduto de fundo do dispositivo de destilação é removida dodispositivo de destilação por meio de um elemento detransporte, de preferência, por meio de uma bomba, tratadaem um dispositivo de acordo com a invenção, isto é,colocada em contato com um gás e aquecida, e depoisconduzida de volta para o dispositivo de destilação.
De acordo com uma concretização particular dodispositivo de acordo com a invenção, o dispositivo decondensação (b) é uma torre de têmpera, e o dispositivo depurificação (c) é uma coluna de destilação, na qual, napresença de tolueno como agente de entranhamento, a soluçãoaquosa de ácido acrílico, obtida na torre de têmpera, édestilada azeotropicamente.
A invenção também se refere a um processo para aprodução de ácido (met)acrílico de alta pureza,compreendendo as etapas de processo:
(A) produção de uma mistura gasosa produtocompreendendo ácido (met)acrílico em um reator; e(B) purificação da mistura gasosa produto para obterum ácido (met) acrílico com uma pureza de pelomenos 99,5% em peso, particularmente, pelo menos99,8% em peso e, especialmente, pelo menos 99,9%em peso em um dispositivo de purificaçãocompreendendo pelo menos um dispositivo de acordocom a invenção.
De acordo com a etapa de processo (A), primeiro, em umreator de acordo com a invenção, uma mistura gasosa produtocompreendendo ácido (met)acrílico é produzida. Depreferência, dois reatores ligados em uma linha são usados,em que no primeiro reator, a oxidação de propileno ouisobutileno, respectivamente, ou de outros compostos departida adequados, a (met)acroleína ocorre, e no segundoreator, a conversão de (met)acroleína a ácido (met)acrílicoocorre. É também, no entanto, concebível conduzir aoxidação a ácido (met)acrílico em uma etapa, em um reatorde acordo com a invenção.
Na etapa de processo (B) , a purificação da misturagasosa produto compreendendo ácido (met)acrílico ocorre.
Aqui, pelo menos uma corrente produto compreendendo ácido(met)acrílico, e originária da purificação do ácido(met)acrílico, é tratada em um dispositivo de acordo com ainvenção. A purificação compreende, de preferência, pelomenos uma etapa de destilação.A presente invenção também se refere a um ácido(met)acrílico de alta pureza, obtenivel pelo processodescrito acima.
Além disso, a invenção se refere a um processo para aprodução de um polímero compreendendo ácido (met)acrílico,no qual um ácido (met)acrílico de alta pureza, obtenivelpelo processo descrito acima, é polimerizado. Apolimerização ocorre de preferência como polimerização emsolução, na qual o guia de reação em um transportador decorreia dotado de canais é particularmente preferido. Nessecaso, a fase aquosa é usada diretamente ou a fase pobre emágua é correspondentemente diluída. Em geral, apolimerização ocorre em um meio dom um teor de água de 20 a80% em volume, com base no meio.
Além do mais, a invenção se refere a um polímeroobtenivel de acordo com o processo descrito no parágrafoacima.
O polímero é preferivelmente um polímero absorventecom uma absorção máxima de 0,9% em peso de solução aquosade NaCl, de acordo com a norma ERT 440 . 1-99, dentro de umafaixa de 10 a 1.000, particularmente, de 15 a 500 e,especialmente, de 20 a 300 mL/g. Mais detalhes relativosaos polímeros absorventes e à produção deles podem serencontrados em "Modern Superabsorbent Polymer Technology",F. L. Buchholz, A. T. Graham, Wiley-VCH, 1998.O ácido (met)acrílico de alta pureza de acordo com ainvenção ou o polímero de acordo com a invenção é usadopara a produção de fibras, corpos formados, filmes,espumas, polímeros superabsorventes ou artigos de higiene.
A invenção e o campo técnico são mais detalhadamenteilustrados a seguir por meio de figuras, sem limitar-se ainvenção a essas. Deve-se mencionar que as relações detamanho nas figuras não representam as relações de tamanhoefetivas, a menos que seja explicitamente mencionado nadescrição da figura. As figuras mostram:
Figura 1: esquematicamente, uma primeira concretizaçãode um dispositivo de acordo com a invenção;
Figura 2: esquematicamente, um detalhe de uma outraconcretização do dispositivo;
Figura 3: uma concretização de um dispositivoinfluenciador de escoamento;
Figura 4: uma outra concretização do dispositivo emdetalhe;
Figura 5: uma representação esquemática de umaconcretização de um condicionador de escoamento;
Figura 6: esquematicamente uma parte da produção deácido (met)acrílico; eFigura 7: esquematicamente, um perfil de escoamentopor um condicionador de escoamento.
A Figura 1 mostra um dispositivo 1 para tratamento deum material polimerizável 12 com um dispositivo degaseificação 2, para introdução de um gás 11 no materialpolimerizável 12, e um dispositivo de aquecimento 3, paraaquecimento do material polimerizável 12 dotado com gás 11.O dispositivo de aquecimento 3 é projetado de modo que omaterial polimerizável 12 escoe pelo dispositivo deaquecimento 3 por uma entrada 4 contra a gravidade 9.
O material polimerizável 12 escoa depois como umfluido pela entrada de reagentes 5 no dispositivo degaseificação 2. 0 dispositivo de gaseificação 2 é aquiprojetado com um sistema de bocal disposto centralmente noeixo 13. 0 dispositivo de gaseificação 2 distribui o gás 11(em particular, um inibidor de polimerização compreendendooxigênio), com um ângulo de abertura 19 no materialpolimerizável fluido 12. 0 dispositivo de gaseificação 2 éposicionado com uma distância 16 para a entrada 4 dodispositivo de aquecimento 3, de modo que o ângulo deabertura 19 atinge toda a seção transversal da entrada 4.Os meios adequados para distribuição uniforme do gás nomaterial polimerizável são proporcionados com ele.
A corrente do material polimerizável 12, enriquecidacom o gás 11, entra então no dispositivo de aquecimento 3 eescoa nele com a direção de escoamento 10, que seguesubstancialmente paralela e oposta à gravidade 9. Dentro dodispositivo de aquecimento 3, o material polimerizável 12 éconduzido em rotas de escoamento separadas para a saida deproduto β. O aquecimento ocorre por meio de um meio emforma de vapor, que é fornecido por uma entrada de vapor 7e removido por meio de uma saida de condensado 8. Dessemodo, uma distância de aquecimento surge, que correspondesubstancialmente à altura 14 do dispositivo de aquecimento3. Em geral, esse dispositivo de aquecimento 3, emparticular quando é projetado como um trocador de calor deatado de tubos, é projetado com uma extensão 15 dentro dafaixa de 500 mm a 2.500 mm.
A Figura 2 mostra um detalhe de uma outraconcretização de um dispositivo, com a qual a entrada dereagentes 5 é encurvada e na curva é proporcionado umsuprimento para o dispositivo de gaseificação 2. Odispositivo de gaseificação 2 distribui, por sua vez, o gás11 no material polimerizável 12, em que o ângulo deabertura 19 é de dimensões tais que a entrada 4 ficafechada. Para esse fim, o dispositivo de gaseificação 2 éoperado com um transportador 33 para o gás 11, que garanteuma sobrepressão dentro da entrada de reagentes 5 ou dacâmara de mistura 21, respectivamente, de pelo menos 2 bar.
O dispositivo de gaseificação 2 compreende um bocalindividual 18, que é preferivelmente projetado como umbocal de jato cônico e posicionado centralmente.A jusante do bocal 18, o material polimerizável 12 e ogás 11 escoam primeiro por um dispositivo influenciador deescoamento 20, que é projetado como uma placa perfurada. 0dispositivo influenciador de escoamento 20 faz umaturbulência de parte do escoamento, após saída dodispositivo influenciador de escoamento 20, de modo que umadistribuição uniforme da mistura de materiais gasososocorre. Desse modo, substancialmente a mesma concentraçãodo gás 11 nos tubos do trocador de calor de atado de tubos17 é garantida.
Uma vista parcial desse dispositivo influenciador deescoamento 20 é ilustrada na Figura 3. 0 dispositivoinfluenciador de escoamento compreende uma pluralidade deaberturas 22, que têm, por exemplo, uma extensão 23 decerca de 25 mm. As aberturas 22 devem ser, por exemplo,posicionadas a uma distância 24 tal entre si que umadistribuição uniforme das aberturas 22 é propiciada, em quea soma das aberturas 22 constitui cerca de 30% dasuperfície total do dispositivo influenciador de escoamento 20.
A Figura 4 ilustra uma outra concretização de umdispositivo 1 com uma pluralidade de dispositivos degaseificação 2. Nela, o material polimerizável 12 primeiroescoa pela entrada de reagentes 5 para a câmara de mistura21, antes da entrada 4 do trocador de calor de atado detubos 17. Um dispositivo influenciador de escoamento 25 éproporcionado na transição da entrada de reagentes 5 para acâmara de mistura 21. Isso tem o efeito de que pelo menosparte do material polimerizável 12 escoando é desviada parao dispositivo de gaseificação 2. Desse modo, o materialpolimerizável 12 escoa contra a direção de gaseificação 29,e uma distribuição uniforme pode ser obtida.
A Figura 5 mostra uma concretização dessecondicionador de escoamento 25. Essa é construída com umcilindro externo 27 e um cilindro interno 28, entre osquais uma pluralidade de defletores 26 é proporcionada. Osdefletores 26 são fixados com um ângulo externo 30 nocilindro externo 27 e um ângulo interno 31 no cilindrointerno 28. Para desviar o escoamento na direção radial, ocondicionador de escoamento 25 compreende um dispositivoinfluenciador de escoamento 20, como um tipo de "tampa". Apressão de impacto gerada com ele tem o efeito de que parteda corrente se movimenta ao longo dos defletores 26 e,desse modo, é feita girar. Geralmente, esse condicionadorde escoamento 25 em um diâmetro 32, que é suficientementegrande para cobrir a entrada de reagentes 5.
A Figura 6 ilustra o transporte de material pelodispositivo 1 e uma coluna de destilação dispostasubseqüentemente 38, como é comum na produção de ácidoacrílico. O material polimerizável 12 é suprido por meio deuma bomba 34 e com uma temperatura dentro da faixa de cercade 80°C, por meio da entrada de reagentes 5 do dispositivode gaseificação 2 dos gases 11 (inibidor) . A mistura dematerial gasoso então escoa por um dispositivo deaquecimento 3. 0 dispositivo total 1 tem uma dimensão 41 decerca de 10 m. Com um dispositivo 1 desse tipo, escoamentosde volumes particularmente altos do material polimerizável12 são aquecidos em um tempo muito curto a temperaturas nasaida de produto 6 dentro da faixa de 90°C. A residência domaterial polimerizável se situa em faixas abaixo de 10segundos, dependendo da dimensão 41 do dispositivo 1. Amistura de material gasoso ainda fluida, aquecida entãoescoa para a coluna de destilação 38 e é introduzida poruma entrada 40. Durante isso, a pressão do fluido éreduzida e o material sobe como vapor pelos fundos deseparação individuais 39 da coluna de destilação 38. Ocondensado é coletado em um reservatório de coleta 37 dacoluna de destilação 38 e é realimentado à bomba 34, pormeio de uma descarga 36. Esse circuito pode ser tambémcomplementado com um reservatório 35, que disponibilizamaterial polimerizável adicional disponível 12, senecessário.
A Figura 7 mostra as relações de escoamento em umcondicionador de escoamento 25. O condicionador deescoamento 25 é desenhado com os seus defletores 26. Nocentro, a entrada de reagentes 5 é marcada com uma linhapontilhada. A quantidade do material polimerizável 12,escoando na área central, é, pelo menos parcialmente,desviada por meio do dispositivo influenciador deescoamento 20 (não mostrado aqui), aplicado acima econduzido para os defletores 26. Desse modo, narepresentação na Figura 7, uma região calma 44 pode serproduzida próximo ao centro, enquanto a região de borda daentrada de reagentes 5 do escoamento normal 42 é formada.Ao escoar pelo condicionador de escoamento 25 ou pelosdefletores 26, respectivamente, ocorre uma aceleração doescoamento 43, que é simbolizado pela regiões escuras. Aomesmo tempo, uma rotação 45 do material polimerizável 12ocorre. Isso resulta em um movimento particularmenteuniforme do material polimerizável 12 na câmara de mistura,de modo que aqui o inibidor de polimerização pode seraplicado particularmente bem distribuído.
Lista de números de referência:
1 - dispositivo
2 - dispositivo de gaseificação
3 - dispositivo de aquecimento
4 - entrada
5 - entrada de reagentes
6 - saída de produto
7 - entrada de vapor
8 - saída de condensado
9 - gravidade
10 - direção de escoamento
11 - gás
12 - material
13 - eixo
14 - altura
15 - extensão
16 - distância17 - trocador de calor de atado de tubos
18 - bocal
19 - ângulo de abertura
20 - dispositivo influenciador de escoamento
21 - câmara de mistura
22 - abertura
23 - extensão
24 - distância
25 - condicionador de escoamento
26 - defletor
27 - cilindro externo
28 - cilindro interno
29 - direção de gaseificação
30 - ângulo externo
31 - ângulo interno
32 - diâmetro
33 - transportador
34 - bomba
35 - reservatório
36 - descarga
37 - reservatório de coleta
38 - coluna de destilação
39 - fundo de separação
40 - suprimento
41 - dimensão
42 - escoamento normal
43 - aceleração de escoamento
44 - região calma
45 - rotação

Claims (12)

1. Dispositivo (1) para tratamento de um materialpolimerizável (12), caracterizado pelo fato de quecompreende pelo menos um dispositivo de gaseificação (2),para alimentar o material polimerizável (12), e umdispositivo de aquecimento (3), para aquecer o materialpolimerizável (12) dotado com o gás (11), em que odispositivo de aquecimento (3) é projetado de modo que omaterial polimerizável (12) escoa por ele por uma entrada(4) contra a gravidade (9), e meios para distribuiçãouniforme do gás (11) pela entrada (4) são proporcionados,em que o pelo menos um dispositivo de gaseificação (2) édisposto a uma distância (6) para a entrada (4) dodispositivo de aquecimento (3), que fica dentro de umafaixa de 300 a 1.000 mm, e o dispositivo de gaseificação(2) compreende além do mais pelo menos um bocal (18), quetem um ângulo de abertura (19) de pelo menos 30°.
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o dispositivo de aquecimento(3) compreende pelo menos um trocador de calor de atado detubos vertical (17).
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que pelo menos um dispositivoinfluenciador de escoamento (20) é proporcionado entre odispositivo de gaseificação (2) e a entrada (2).
4. Dispositivo de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que antesdo dispositivo de gaseificação (2), visto na direção deescoamento (10) do material polimerizável (12), pelo menosum condicionador de escoamento (25) é proporcionado parageração de um fluxo cruzado.
5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que o pelo menos umcondicionador de escoamento (25) em uma pluralidade dedefletores (26), para geração de uma rotação de pelo menosparte do material polimerizável (12).
6. Processo para aquecimento de um material polimerizável(12), caracterizado pelo fato de que o materialpolimerizável (12), em um dispositivo (1) como definido emqualquer uma das reivindicações 1 a 5, é primeiroenriquecido com um gás (11) compreendendo oxigênio, edepois aquecido.
7. Processo de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que o material polimerizável(12) enriquecido com oxigênio é aquecido a uma temperaturade pelo menos 80°C.
8. Processo de acordo com a reivindicação 6 ou 7,caracterizado pelo fato de que o material polimerizável(12) é ácido (met)acrílico.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que o materialpolimerizável é suprido com um escoamento volumétrico médiodentro da faixa de 500 a 3.000 m3/h.
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pelo fato de que o gás compreendendooxigênio (11) é suprido com um escoamento mássico médio de 60 a 180 kg/h.
11. Dispositivo para produção de ácido (met)acrílico dealta pureza, caracterizado pelo fato de que compreende comocomponentes do dispositivo, conectados entre si em um modode transporte de fluido:(a) um reator;(b) um dispositivo de absorção ou condensação; e(c) um dispositivo de purificação,em que o dispositivo de purificação (c) compreendepelo menos um dispositivo como definido em qualqueruma das reivindicações 1 a 5.
12. Processo para produção de ácido (met)acrílico de altapureza, caracterizado pelo fato de que compreende as etapasde processo:(A) produção de uma mistura gasosa produtocompreendendo ácido (met)acrílico em um reator;(B) purificação da mistura gasosa produto para obterum ácido (met) acrílico com uma pureza de pelomenos 99,5% em peso em um dispositivo depurificação, compreendendo pelo menos umdispositivo como definido em qualquer uma dasreivindicações 1 a 5.
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