BRPI0617239A2 - reator, e, processos de polimerização, e para processar um meio de reação - Google Patents
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Abstract
REATOR, E, PROCESSOS DE POLIMERIZAçãO, E PARA PROCESSAR UM MEIO DE REAçãO. Um sistema para processar grandes quantidades de um meio de reação ao mesmo tempo em que mantém o meio de reação em lâminas. O sistema inclui um reator que tem uma pluralidade de bandejas inclinadas para baixo verticalmente espaçadas, sobre as quais um meio de reação escoa enquanto é submetido a condições de reação. A inclinação das bandejas aumenta para baixo para acomodar a viscosidade aumentada do meio de reação enquanto o meio de reação escoa para baixo através do reator. Uma porção superior das bandejas tem uma configuração unidirecional, enquanto uma porção inferior das bandejas tem uma configuração bidirecional. Além disto, a orientação do escoamento através das bandejas unidirecionais é girada por 90<0> em no mínimo uma localização quando o meio de reação escoa para baixo nas bandejas unidirecionais.
Description
"REATOR, Ε, PROCESSOS DE POLIMERIZAÇÃO, E PARAPROCESSAR UM MEIO DE REAÇÃO"
Referência cruzada a Pedidos relacionados
Este Pedido reivindica prioridade para o Pedido ProvisórioU.S. de Número de Série 60/731.390, depositado em 28 de outubro de 2005,cuja divulgação é aqui com isto incorporada para referência em sua totalidade.
Campo da Invenção
A presente invenção é relativa, genericamente, a um reatorpara processar um meio de reação que tem uma viscosidade que aumentaquando o meio escoa através do reator. Em um outro aspecto, a presenteinvenção é relativa a um reator de polimerização que tem uma pluralidade debandejas internas espaçadas verticalmente, sobre as quais um meio de reaçãode polimerização escoa enquanto o grau de polimerização do meio de reação éaumentado.
Fundamento da Invenção.
Em certos esquemas de processamento químico, é desejávelque reações químicas tenham lugar em um meio de reação que escoa em umaou mais lâminas relativamente finas. Em um tal esquema de processamento areação progride por um período de tempo prolongado enquanto as lâminas demeio de reação são expostas às condições de reação requeridas. Este tipo deprocesso é particularmente vantajoso onde a reação química produz umsubproduto de reação gasoso e é desejável desengatar rapidamente e demaneira completa tal subproduto do meio de reação. Por exemplo, se a reaçãoquímica que produz o subproduto gasoso é reversível, falha em desengatar demaneira adequada o subproduto, poderia neutralizar a reação desejada.Quando o meio de reação escoa em uma ou mais lâminas relativamente finas,subproduto gasoso da reação pode escapar rapidamente do meio de reação.
Além disto, quando o meio de reação escoa em uma ou mais lâminasrelativamente finas, a baixa pressão hidrostática sobre a porção inferior domeio de reação minimiza a supressão de ebulição que pode ser apresentadaquando reações são executadas utilizando meios de reação relativamenteprofundos.
Embora realizar reações químicas em lâminas relativamentefinas de um meio de reação tenha inúmeras vantagens, este tipo de processotambém apresenta inúmeros desafios. Por exemplo, uma vez que as lâminasfinas de meio de reação requerem grandes quantidades da área superficialsobre as quais escoar, reatores muito grandes e/ou numerosos podem serrequeridos para produzir quantidades comerciais do produto de reação. Alémdisto, em diversos processos que empregam lâminas finas de meio de reação,a viscosidade do meio de reação muda quando a reação progride. Assim, aviscosidade do produto final pode ser muito maior ou muito menor do que aviscosidade do meio de reação inicial. Esta viscosidade mutante do meio dereação apresenta inúmeros desafios de projeto, uma vez que variaçõessignificativas na vazão real e/ou profundidade do meio de reação podem serindesejáveis.
Um exemplo de um processo comercial comum onde édesejável realizar uma reação química em uma ou mais lâminas relativamentefinas de meio de reação é no estágio de "acabamento" de produção depolietileno terefltalato (PET). Durante o estágio de acabamento de PET, a poli-condensação faz com que o grau de polimerização do meio de reação aumentede maneira significativa e também produz etileno-glicol, acetaldeído e águacomo subprodutos de reação. Tipicamente, o grau de polimerização do meiode reação introduzido no reator/zona de acabamento é 20-60 enquanto o graude polimerização do meio de reação/produto que deixa a reação deacabamento é 80-200. Este aumento no grau de polimerização do meio dereação durante o acabamento faz com que a viscosidade do meio de reaçãoaumente de maneira significativa. Em adição, uma vez que a reação de poli-condensação associada com o acabamento de PET é reversível, é desejáveldesengatar do meio de reação o etileno-glicol subproduto da reação, tãorápida e completamente quanto possível.
Assim, existe uma necessidade por um reator maiseficientemente e mais econômico que facilite o processamento de grandesquantidade de um meio de reação em lâminas relativamente finas porperíodos de tempo prolongados. Além disto, existe uma necessidade por umreator de acabamento de PET mais eficiente e efetivo que facilite a poli-condensação de grandes quantidades de meio de reação que escoa em lâminasfinas relativamente uniformes através do reator de acabamento, ao mesmotempo em que fornece tempo de residência adequado para alcançar o grau depolimerização requisitado.
Sumário da Invenção
De acordo com uma configuração da presente invenção, éfornecido um reator que compreende uma pluralidade de bandejas inclinadasde maneira unidirecional espaçadas verticalmente e uma pluralidade debandejas inclinadas de maneira bidirecional espaçadas verticalmente, onde ainclinação das bandejas unidirecionais aumenta para baixo.
De acordo com uma outra configuração da presente invenção,é fornecido um reator para processar um meio de reação. O reatorcompreende uma pluralidade de bandejas inclinadas espaçadas verticalmente.No mínimo algumas das bandejas incluem um vertedouro que se estendevoltado para cima sobre o qual no mínimo uma porção do meio de reaçãoescoa para passar para a próxima bandeja localizada imediatamente abaixodele.
De acordo com ainda uma outra configuração da presenteinvenção, é fornecido um processo de polimerização que compreende: a)introduzir um meio de reação em um reator de polimerização que compreendeuma pluralidade de bandejas inclinadas espaçadas verticalmente; b) fazer comque o meio de reação escoe para baixo no reator de polimerização sobre asbandejas verticalmente espaçadas, no qual a espessura média do meio dereação que escoa sobre as bandejas verticalmente espaçadas é mantida emaproximadamente 2,5 polegadas (5 cm) ou mais; e c) retirar um meio dereação do reator de polimerização, no qual o grau de polimerização do meiode reação retirado do reator de polimerização é no mínimo aproximadamente25% maior do que o grau de polimerização do meio de reação introduzido noreator de polimerização.
De acordo com ainda uma outra configuração da presenteinvenção, é fornecido um processo que compreende: a) introduzir um meio dereação em uma seção superior de um reator que compreende uma pluralidadede bandejas inclinadas de maneira unidirecional e uma pluralidade debandejas inclinadas de maneira bidirecional; b) fazer com que o meio dereação escoe para baixo no reator sobre as bandejas unidirecionais ebidirecionais; c) retirar um meio de reação de uma seção inferior do reator.
Breve Descrição das Figuras do Desenho
A Figura 1 é uma frontal em corte de um reator para processarum meio de reação que escoa para baixo através de todo ele, particularmenteilustrando o reator como incluindo duas caixas de bandejas com cada umaabrigando uma pluralidade de bandejas internas inclinadas verticalmenteespaçadas, sobre as quais um meio de reação escoa quando ele passa parabaixo através do reator.
A Figura 2a é uma vista superior em corte do reator, feita aolongo da linha 2a, 2a na Figura 1, ilustrando particularmente a direção aolongo do comprimento do escoamento do meio de reação na bandejaunidirecional superior.
A Figura 2b é uma vista superior em corte do reator, feita aolongo da linha 2b-2b na Figura 1, ilustrando particularmente a direção deescoamento ao longo do comprimento do meio de reação sobre a bandejaunidirecional localizada logo abaixo da bandeja mostrada na Figura 2a.A Figura 3a é uma vista superior em corte do reator, feita aolongo da linha 3a-3a na Figura 1, ilustrando a particularmente a direção deescoamento ao longo da largura, do meio de reação em uma bandejaunidirecional localizada abaixo das bandejas ao longo do comprimentoilustradas nas Figuras 2a e 2b.
A Figura 3b é uma vista superior em corte do reator, feita aolongo da linha 3b-3b na Figura 1, ilustrando particularmente a direção deescoamento no sentido da largura, do meio de reação na bandeja unidirecionallocalizada logo abaixo da bandeja mostrada na Figura 3a.
A Figura 4a é uma vista superior em corte do reator, feita aolongo da linha 4a-4a na Figura 1, ilustrando particularmente a direção deescoamento do meio de reação, em uma bandeja teto bidirecional divergentevoltada para baixo localizada abaixo das bandejas unidirecionais.
A Figura 4b e é uma vista superior em corte do reator, feita aolongo da linha 4b-4b na Figura 1, ilustrando particularmente a direção deescoamento do meio de reação em uma bandeja calha bidirecionalconvergente para baixo, localizada logo abaixo da bandeja teto mostrada naFigura 4a.
A Figura 5a é uma vista frontal ampliada do par de bandejasunidirecionais ao longo do comprimento circunscritas com linhas invisíveis erotuladas "5" na Figura 1.
A Figura 5b é uma vista lateral das bandejas unidirecionais aolongo do comprimento mostradas na Figura 5 a.
A Figura 6a é uma vista frontal ampliada do par de bandejasunidirecionais ao longo da largura circunscritas com linhas invisíveis erotuladas "6" na Figura 1.
A Figura 6b é uma vista lateral das bandejas unidirecionais aolongo da largura mostradas na Figura 6a.
A Figura 7a é uma vista frontal ampliada do par de bandejasbidirecionais circunscritas com linhas invisíveis e rotuladas "7" na Figura um.
A Figura 7b é uma vista lateral das bandejas bidirecionaismostradas na Figura 7a.
A Figura 8a é uma vista frontal ampliada do conjunto de transição circunscrito com linhas invisíveis e rotulado "8" na Figura 1.
A Figura 8b é uma vista superior do conjunto de transiçãomostrado na Figura 8a.
A Figura 9 é uma vista frontal em corte de um reatorconstruído de acordo com uma primeira configuração alternativa da presente invenção, particularmente ilustrando que o reator tem apenas uma única caixade bandejas colocada nele.
A Figura 10 é uma vista superior em corte do reator alternativofeita ao longo da linha 10-10 na Figura 9, ilustrando particularmente amaneira na qual a única caixa de bandejas é posicionada no reator.
A Figura 11 é uma vista frontal em corte de um reatorconstruído de acordo com uma segunda configuração alternativa da presenteinvenção, ilustrando particularmente que o reator tem três caixas de bandejascolocadas nele.
A Figura 12 é uma vista superior em corte do reator alternativo feita ao longo da linha 12-12 na Figura 1, ilustrando particularmente amaneira na qual as três caixas de bandejas são posicionadas no reator.
A Figura 13 é uma vista superior em corte de um reatorconstruído de acordo com uma terceira configuração alternativa da presenteinvenção, ilustrando particularmente que o reator tem seis caixas de bandejasposicionadas lado a lado no reator.
A Figura 14 é uma vista lateral de uma série de bandejasunidirecionais construídas de acordo com uma configuração alternativa dapresente invenção, ilustrando particularmente que um espaço pode serformado na traseira das bandejas unidirecionais para permitir a uma porção domeio de reação extravasar da traseira de uma bandeja e cair para a próximabandeja inferior.
Descrição Detalhada da Invenção
Fazendo referência inicialmente à Figura 1, um reator 20 estáilustrado como compreendendo um invólucro de vaso 22, um distribuidor 24 eduas caixas de bandejas 26a, b. O invólucro de vaso 22 preferivelmente temuma configuração alongada, genericamente cilíndrica. A relação comprimentopara diâmetro (L:D) do invólucro de vaso 22 é preferivelmente no mínimoaproximadamente 1:1, mais preferivelmente na faixa de desdeaproximadamente 2:1 até aproximadamente 30:1, e mais preferivelmente nafaixa de desde 3:1 até 10:1. Durante operação normal do reator 20, oinvólucro do vaso 22 é mantido em uma posição substancialmente vertical.
O invólucro do vaso 22 define uma entrada superior 28 e umasaída inferior 30. Distribuidor 24 e caixas de bandejas 26a,b são posicionadosverticalmente entre a entrada 28 e a saída 30, de modo que o meio de reaçãoque penetra no reator 20 por meio da entrada 28 pode escoar para baixoatravés do distribuidor 24 e caixas de bandejas 26a,b antes de serdescarregado do reator 20 através da saída 30.
Quando o reator 20 inclui uma pluralidade de caixas debandejas 26a,b o distribuidor 24 é utilizado para dividir e distribuir oescoamento do meio de reação que entra, de modo que cada caixa de bandejas26a,b recebe e processa substancialmente a mesma quantidade do meio dereação. Se o reator 20 devesse empregar somente uma caixa de bandejas,então o distribuidor não deveria dividir o escoamento do meio de reação, masdeveria ainda atuar para distribuir da maneira adequada o meio de reação paraa entrada da caixa de bandejas.
Na configuração ilustrada nas Figuras 1-8, o reator 20 incluiduas caixas de bandejas substancialmente idênticas 26a,b. A seção seguinteirá descrever a configuração de apenas uma caixa de bandejas 26a, com oentendimento que todas as caixas de bandejas 26a,b têm substancialmente amesma configuração.
Fazendo referência às Figuras 1 e 2a, a caixa de bandejas 26ainclui uma pluralidade de paredes laterais verticais 27a,b,c,d que definem umespaço interno genericamente retangular. A caixa de bandejas 26a tambéminclui uma pluralidade de bandejas inclinadas verticalmente espaçadasacomodadas no espaço interno e acoplada às rigidamente às paredes laterais27a,b,c,d, O espaço interno definido pelas paredes laterais 27a,b,c,d é abertono topo e fundo, de modo que o meio de reação pode entrar no topo da caixade bandejas 26a e escoar para baixo através do espaço interno sobre asbandejas inclinadas, e sair no fundo da caixa de bandejas 26a. Preferivelmentea caixa de bandejas 26a inclui no mínimo aproximadamente 10 bandejas, maispreferivelmente no mínimo aproximadamente 20 bandejas, e maispreferivelmente na faixa de 30 até 100 bandejas. Naturalmente o número totalpreferido de bandejas no reator 20 é simplesmente o número de bandejas emuma caixa de bandejas vezes o número de caixas de bandejas no reator 20. Ainclinação das bandejas genericamente aumenta para baixo no reator 20, paraacomodar a viscosidade crescente do meio de reação quando ele escoa parabaixo sobre as bandejas.
Fazendo novamente referência à Figura 1, é preferido que acaixa de bandejas 26a inclua bandejas com diferentes s configurações eorientações para otimizar escoamento do meio de reação através de todas elas.Preferivelmente a caixa de bandejas 26a inclui uma pluralidade de bandejasunidirecionais 32 e uma pluralidade de bandejas bidirecionais 34. Como aquiutilizado, o termo "bandeja unidirecional" significa uma bandeja que seinclina em apenas uma direção, de modo que fluido que escoa na caixa debandejas na elevação daquela bandeja, escoa somente em uma direção. Comoaqui utilizado, o termo "bandeja bidirecional" significa uma bandeja que seinclina em duas direções, de modo que o fluido que escoa na caixa debandejas na elevação daquela bandeja, escoa em duas direções. Em umaconfiguração preferencial da presente invenção no mínimo uma porção dasbandejas unidirecionais 22 está localizada acima de no mínimo uma porçãodas bandejas bidirecionais 34. Mais preferivelmente, todas as bandejasunidirecionais 32 estão localizadas acima de todas as bandejas bidirecionais34. Preferivelmente a caixa de bandejas 26a inclui no mínimoaproximadamente 5 bandejas unidirecionais, mais preferivelmente no mínimoaproximadamente 10 bandejas unidirecionais e mais preferivelmente na faixade desde 15 até 50 bandejas unidirecionais. Preferivelmente a caixa debandejas 26a inclui no mínimo aproximadamente 5 bandejas bidirecionais,mais preferivelmente no mínimo aproximadamente 10 bandejas bidirecionaise mais preferivelmente na faixa de desde 15 até 50 bandejas bidirecionais.
Preferivelmente no mínimo aproximadamente 10% de todas as bandejas nacaixa de bandejas 26a são bandejas unidirecionais, mais preferivelmente nomínimo aproximadamente 20% são bandejas unidirecionais e maispreferivelmente na faixa de desde 30% até 80% são bandejas unidirecionais.Preferivelmente no mínimo aproximadamente 10% de todas as bandejas nacaixa de bandejas 26a são bandejas bidirecionais, mais preferivelmente nomínimo aproximadamente 20% são bandejas bidirecionais.
Como mostrado na Figura 1, a caixa de bandejas 26apreferivelmente inclui um conjunto superior 36 e um conjunto inferior 38 debandejas unidirecionais 32. O conjunto superior 36 de bandejas unidirecionais32 inclui preferivelmente uma pluralidade de bandejas inclinadas ao longo docomprimento 40. O conjunto inferior 38 de bandejas unidirecionais 32preferivelmente inclui uma pluralidade de bandejas inclinadas ao longo dalargura 42. Como mostrado pela setas nas Figuras 2 e 3, é preferido que cadabandeja unidirecional 32 seja alongada - com bandejas inclinadas ao longo dalargura 40 (Figura 2) sendo inclinadas na direção do alongamento da bandeja,enquanto bandejas inclinadas ao longo da largura 42 (Figura 3) são inclinadasperpendiculares à direção do alongamento da bandeja. Como mostrado nasFiguras 2 e 3, as direções de inclinação de bandejas inclinadas ao longo docomprimento 40 e bandejas inclinadas ao longo da largura 42 sãoperpendiculares substancialmente uma à outra.
Como ilustrado nas Figuras 1, 2 e 5, bandejas inclinadas aolongo do comprimento adjacentes verticalmente 40a,b são inclinadas emdireções genericamente opostas, de modo que o meio de reação é forçado aescoar para trás e para a frente sobre as bandejas inclinadas ao longo docomprimento 40 quando ele progride para baixo no reator 20. Como mostradonas Figuras 2 e 5, cada bandeja inclinada ao longo do comprimento 40 incluium elemento principal substancialmente plano, substancialmente retangular44, e um vertedouro 46. Na configuração ilustrada nas Figuras 1-6, três ladosdo elemento principal 44 são preferivelmente acoplados e vedados ao longode três das quatro paredes laterais 24 da caixa de bandejas 26a, enquanto umespaço 47 (Figuras 2a,b e 5b) é formado entre o quarto lado do elementoprincipal 44 e a parede lateral restante 27 da caixa de bandejas 26a. O espaço47 fornece uma passagem através da qual o meio de reação pode cair parabaixo sobre a próxima bandeja mais baixa inclinada ao longo do comprimento40. O elemento principal 44 é inclinado para baixo de modo que o meio dereação pode escoar por gravidade no sentido do vertedouro 46. A inclinaçãopara baixo do elemento principal 44 é preferivelmente na faixa de desdeaproximadamente 0,5 até aproximadamente 10 graus da horizontal, maispreferivelmente na faixa de desde 1 até 4 graus da horizontal.
Fazendo referência novamente às Figuras 2 e 5, o elementoprincipal 44 apresenta uma superfície superior genericamente plana voltadapara cima. O elemento principal 44 não tem preferivelmente esubstancialmente qualquer abertura nele, de modo que todo o líquido queescoa na bandeja 40 deve passar sobre e através do vertedouro 46 para deixara bandeja 40. O vertedouro 46 se estende para cima a partir da superfíciesuperior do elemento principal 44 próximo à elevação a mais baixa doelemento principal 44. Preferivelmente o vertedouro 46 é espaçado menos doque aproximadamente 6 polegadas (15 cm) da aresta terminal do elementoprincipal 44, mais preferivelmente menos do que aproximadamente 3 polegadas (7,5 cm) e mais preferivelmente menos do que 2 polegadas (5 cm).Preferivelmente o vertedouro 46 se estende sempre ao longo da largura dabandeja inclinada ao longo do comprimento 40 desde a parede lateral 27a atéa parede lateral 27c. O vertedouro 46 ajuda a manter a uma lâminasubstancialmente uniforme do meio de reação sobre a bandeja 40. Preferivelmente o vertedouro 46 tem uma altura de no mínimoaproximadamente 2,5 polegadas (5 cm). Mais preferivelmente a altura dovertedouro 46 está na faixa de desde 3 até 12 polegadas (7,5 até 30 cm).Como mostrado na Figura 5a, uma pluralidade de aberturas de vertedourorelativamente pequenas 48 são preferivelmente formadas junto ao fundo do vertedouro 46 adjacente ao elemento principal 44. As aberturas 48 dovertedouro permitem que uma quantidade relativamente pequena do meio dereação escoe através de todas elas durante operação normal do reator 20.Durante parada do reator 20, as aberturas do vertedouro 48 permitem quesubstancialmente todo o meio de reação seja drenado das bandejas 40, de modo que uma poça do meio de reação não permanece aprisionada atrás dovertedouro 46 quando o reator 20 é parado.
Como mostrado nas Figuras 1, 3 e 6, bandejas inclinadasverticalmente adjacentes ao longo da largura 42a,b são inclinadas em direçõesgenericamente opostas, de modo que um meio de reação seja forçado a escoar para trás e para a frente sobre as bandejas inclinadas ao longo da largura 42quando ele progride para baixo no reator 20. Como ilustrado nas Figuras 3 e6, cada bandeja inclinada ao longo do comprimento 42 inclui um elementoprincipal substancialmente plano, substancialmente retangular 50 e umvertedouro 52. Três lados do elemento principal 44 são acoplados a e vedadosao longo de três das quatro paredes laterais 27 da caixa de bandejas 26a,enquanto um espaço 53 (Figuras 3a,b e 6a) é formado entre o quarto lado doelemento principal 50 e a parede lateral restante 27 da caixa de bandejas 26a.
O espaço 53 fornece uma passagem através da qual o meio de reação podecair para baixo sobre a próxima bandeja inclinada inferior ao longo docomprimento 42. O elemento principal 50 é inclinado de modo que o meio dereação pode escoar por gravidade para baixo no sentido do vertedouro 52. Ainclinação para baixo das bandejas inclinadas na direção da largura 42,aumenta para baixo no reator 20. Preferivelmente uma a mais superior dasbandejas inclinadas no sentido da largura 42 tem uma inclinação para baixona faixa de desde aproximadamente 0,5 até aproximadamente 10 graus apartir da horizontal, mais preferivelmente na faixa de desde 1 até 4 grausdesde a horizontal. Preferivelmente a mais baixa das bandejas inclinadas nadireção da largura 42 tem uma inclinação para baixo na faixa de desdeaproximadamente 2 até aproximadamente 20 graus da horizontal, maispreferivelmente na faixa de desde 4 até 10 graus da horizontal.
Preferivelmente a inclinação para baixo da mais inferior das bandejasinclinadas ao longo da largura 42 é no mínimo aproximadamente 1 grau maiordo que a inclinação para baixo daquela mais superior das bandejas inclinadasao longo da largura 42, mais preferivelmente no mínimo aproximadamente 2graus maior do que a inclinação para baixo daquela mais superior dasbandejas inclinadas ao longo da largura 42 e mais preferivelmente na faixadesde 4 até 10 graus maior do que a inclinação para baixo daquela maissuperior das bandejas inclinadas na direção da largura 42.
Fazendo referência novamente às Figuras 3 e 6, o elementoprincipal 50 não tem preferivelmente substancialmente qualquer aberturanele, de modo que todo o líquido que escoa na bandeja 42 deve passar sobre eatravés do vertedouro 52 para deixar a bandeja 42. O elemento principal 50apresenta uma superfície superior genericamente voltada para cima. Overtedouro 52 se estende para acima a partir da superfície superior doelemento principal 50 próximo à elevação mais baixa do elemento principal50. Preferivelmente o vertedouro 52 é espaçado da aresta terminal doelemento principal 50 por uma distância de menos do que aproximadamente 6polegadas (15 cm), mais preferivelmente menos do que aproximadamente 3polegadas (7,5 cm) e mais preferivelmente menos do que 1 polegada.Preferivelmente o vertedouro 52 se estende sempre entre a parede lateral 27be a parede lateral 27d. O vertedouro 52 ajuda a manter uma lâminasubstancialmente uniforme de meio de reação sobre a bandeja 42.Preferivelmente o vertedouro 52 tem uma altura de no mínimoaproximadamente 2,5 polegadas (6,3 cm). Mais preferivelmente a altura dovertedouro 52 está na faixa de desde 3 até 12 polegadas (7,5 até 30 cm).Como mostrado na Figura 6b, uma pluralidade de aberturas de vertedourorelativamente pequenas 54 são preferivelmente formadas junto ao fundo dovertedouro 52 adjacentes ao elemento principal 50. Aberturas de vertedouro54 permitem que uma quantidade relativamente pequena de meio de reaçãoescoe através delas durante operação normal do reator 20. Durante parada doreator 20 as aberturas do vertedouro 54 permitem que substancialmente todo omeio de reação seja drenado das bandejas 42, de modo que uma poça do meiode reação não permanece aprisionada atrás do vertedouro 52 quando o reator20 é parado.
Em uma configuração da presente invenção, no mínimo cincodas bandejas unidirecionais 32 são equipadas com vertedouro, maispreferivelmente no mínimo 10 das bandejas unidirecionais 32 são equipadascom um vertedouro. Preferivelmente no mínimo 10% de todas as bandejasunidirecionais 32 na caixa de bandejas 26a são equipadas com um vertedouro,mais preferivelmente no mínimo 33% das bandejas unidirecionais 32 sãoequipadas com vertedouro e mais preferivelmente no mínimo 66% dasbandejas unidirecionais 32 são equipadas com um vertedouro.O vertedouro pode ajudar a fornecer mais tempo de residênciano reator inovador do que em projetos convencionais, ao mesmo tempo emque requer volume de reator, bandejas e outras superfícies metálicasequivalentes ou menores. Além disto, os vertedouros podem ajudar a forneceruma lâmina mais espessa de meio de reação sobre as bandejas, do queprojetos acabadores de PET convencionais. Também deveria ser observadoque as configurações aqui descritas fornecem de maneira vantajosa lâminasmais finas de meio de reação que cai para baixo de bandeja para bandeja, elâminas mais espessas de meio de reação sobre as bandejas.
Como ilustrado nas Figuras 1, 4 e 7, bandejas bidirecionais 34são acopladas e se estendem entre paredes laterais 27b,d da caixa de bandejas28a. Bandejas bidirecionais 34 incluem bandejas de teto 34a e bandejas decalha 34b alternadas. Como talvez melhor ilustrado nas Figuras 4a e 7a, cadabandeja teto bidirecional 34a inclui um elemento divisor vertical 56 e um parde elementos de teto que se inclinam para baixo 58,60 que se estendem emdireções genericamente opostas a partir do fundo do elemento divisor 56.Elementos de teto 58,60 divergem um do outro quando eles se estendem parabaixo e para fora a partir do elemento divisor 58. Um primeiro espaço 62 éformado entre a aresta terminal do elemento teto 58 e a parede lateral 27a.Um segundo espaço 64 é formado entre a aresta terminal do elemento teto 60e a parede lateral 27c. O meio de reação escoa para baixo através de espaços62, 64 para alcançar a próxima bandeja calha bidirecional inferior 34b.
Fazendo referência agora às Figuras 4b e 7a, cada bandejacalha 34b inclui um par de elementos de calha que se inclinam para baixo 66,68 acoplados a e que se estendem para dentro a partir de paredes laterais 27a,cde caixa de bandejas 26a. Elementos de calha 66, 68 convergem no sentidoum do outro quando eles se estendem para baixo e para dentro a partir deparedes laterais 27a,c. Um espaço 70 é formado entre as arestas terminaisinferiores de elementos de calha 66, 68. O espaço 70 é suficientemente grandepara permitir que as lâminas separadas de meio de reação que escoa noselementos de calha 66, 68 permaneçam separados quando eles escapamatravés do espaço 70 para a próxima bandeja teto inferior 34a. As porçõesseparadas do meio de reação que escoam sobre os elementos de calha 66, 68caem para baixo através do espaço 70 em lados opostos do elemento divisor56 da próxima bandeja teto inferior 34a.
Em uma configuração preferencial da presente invenção ainclinação das bandejas bidirecionais 34 aumenta para baixo no reator 20.Preferivelmente aquela a mais superior das bandejas bidirecionais 34 tem umainclinação para baixo na faixa de desde aproximadamente 0,5 atéaproximadamente 10 graus da horizontal, mais preferivelmente na faixa desde1 a 4 graus da horizontal. Preferivelmente aquela a mais inferior das bandejasbidirecionais 42 tem uma inclinação para baixo na faixa de desdeaproximadamente 5 até aproximadamente 40 graus da horizontal, maispreferivelmente na faixa desde 10 até 25 graus da horizontal. Preferivelmentea inclinação para baixo daquela a mais inferior das bandejas bidirecionais 34 éno mínimo aproximadamente 2 graus maior do que a inclinação para baixodaquela a mais superior das bandejas bidirecionais 34, mais preferivelmenteno mínimo aproximadamente 4 graus maior do que a inclinação para baixodaquela a mais superior das bandejas bidirecionais 34 e, mais preferivelmente,na faixa desde 6 até 20 graus maior do que a inclinação para baixo daquela amais superior das bandejas bidirecionais 34.
Fazendo referência agora às Figuras 1 e 8, um elemento detransição 72 é empregado para fazer a transição do escoamento do meio dereação do escoamento da lâmina única sobre as bandejas unidirecionais 32para dobrar o escoamento da lâmina nas bandejas bidirecionais 34. Oelemento de transição 34 é acoplado a e se estende entre paredes laterais27b,d da caixa de bandejas 26a. O elemento de transição 74 inclui umdepósito de distribuição superior 76 e uma bandeja de distribuição inferior 78.O depósito de distribuição 76 é operável para receber um meio de reação dabandeja unidirecional a mais inferior 32, e dividir o meio de reação em duasporções substancialmente iguais. As duas porções iguais do meio de reaçãosão descarregadas do fundo do depósito de distribuição 76 sobre as seçõesseparadas divergentes 80a,b da bandeja de distribuição 78. Da mesmamaneira, divisões subseqüentes no escoamento que sai das bandejasbidirecionais a jusante são possíveis utilizando caixas de distribuiçãosimilares. Desta maneira diversos trajetos bidirecionais podem ser criados serequerido, por viscosidade, vazão e profundidades alvo de líquido.
O depósito de distribuição 76 inclui um par de paredes lateraisinclinadas 82a,b que convergem para baixo uma no sentido da outra. Umalinha divisória 84 é definida na localização onde paredes laterais 84a,b seunem uma à outra. Uma pluralidade de primeiras aberturas 86a são definidasna parede lateral 82a próximo à linha divisória 84. Uma pluralidade desegundas aberturas 86b são definidas na parede lateral 82b próximo à linhadivisória 84. Preferivelmente o elemento de transição 78 inclui um total de nomínimo aproximadamente 10 aberturas 86a,b. Como melhor ilustrado naFigura 8b, primeira e segunda aberturas 86a,b são localizadas em ladosopostos da linha divisória 84. Preferivelmente a área aberta cumulativadefinida pelas primeiras aberturas 86a é substancialmente igual à área abertacumulativa definida pelas segundas aberturas 86b, de modo que quantidadesiguais de meio de reação escoam automaticamente através de primeira esegunda aberturas 86a,b. As primeiras aberturas 86a são alinhadas sobre aprimeira seção 80a da bandeja de distribuição 78, enquanto as segundasaberturas 86b são alinhadas sobre a segunda seção 80b da bandeja dedistribuição 78.
Como mostrado nas Figuras 8a,b às arestas terminais dasprimeira e segunda seções inclinadas 80a,b da bandeja de distribuição 78 sãoespaçadas das paredes laterais 27a,c de modo que espaços 88a,b são formadosentre elas. As duas porções substancialmente iguais de meio de reaçãodescarregado do depósito de distribuição 76 escoam em seções divergentesque se inclinam para baixo 80a,b da bandeja de distribuição 78 no sentido dosespaços 88a,b. As porções separadas do meio de reação então caem fora dabandeja de distribuição 78 através dos espaços 88a,b e sobre a bandejabidirecional convergente a mais superior 34b. Como mencionado acima, asduas porções substancialmente iguais do meio de reação são mantidasseparadas quando elas escoam para baixo sobre bandejas bidirecionais 34.
Fazendo referência agora às Figuras 9 e 10, um primeiroprojeto alternativo de reator está ilustrado. O reator alternativo 100 incluiapenas uma única caixa de bandejas 102. Este projeto tem a vantagem de nãoprecisar dividir alimentação igualmente entre diversas caixas de bandejas.
Assim, a construção do distribuidor 104 é simplificada. Também o númerototal de bandejas, distribuição de diferentes tipos de bandejas, números devertedouros, localização de vertedouros e bandejas inclinadas no reator 100são diferentes daqueles do reator 20 (Figuras 1-8). Estas diferenças ilustramque pode ser desejável variar o projeto do reator para corresponder arequisitos particulares do processo dentro do qual ele é implementado.Contudo, todos os projetos aqui divulgados estão dentro do âmbito dapresente invenção.
Fazendo referência agora às Figuras 11 e 12, um segundoprojeto de reator alternativo está ilustrado. O reator alternativo 200 inclui trêscaixas de bandejas 202a,b,c.
Fazendo referência agora à Figura 13, um terceiro projeto dereator alternativo está ilustrado. O reator alternativo 300 inclui seis caixas debandejas 302. Este projeto tem a vantagem de utilizar mais espaço dentro dovaso de reação, de modo que a dimensão do vaso de reação pode ser reduzida.
Fazendo referência agora à Figura 14, um projeto de bandejaunidirecional alternativa está ilustrado. As bandejas unidirecionais 400ilustradas na Figura 14 são similares àquelas ilustradas nas Figuras 5 e 6,porém são configuradas para fornecer um espaço 402 entre a traseira 404 decada bandeja unidirecional 400 e a parede lateral mais próxima 406 da caixade bandejas. Deveria ser entendido que a parede lateral 406 não precisa ser uma parede da caixa de bandejas com (a qual) as bandejas 400 estãoassociadas, ao invés disto, a parede lateral 406 pode ser a parede de uma outracaixa de bandejas ou a parede do vaso reator. Como ilustrado na Figura 14,este espaço 402 entre a traseira 404 da cada bandeja 400 e a parede lateralmais próxima 406, permite que uma porção do meio de reação processado408 extravase a traseira 404 da bandeja 400 e caia para baixo até a próximabandeja mais baixa 400. Para fornecer uma abertura suficientemente grandepara a passagem do meio de reação que extravasa 408, é preferido que oespaço 402 entre a traseira 404 das bandejas 400 e a parede lateral a maispróxima 406 tenha uma largura média de no mínimo aproximadamente 1polegada (2,5 cm), mais preferivelmente na faixa desde aproximadamente 1,5até aproximadamente 12 polegadas (3,8 a 30,5 cm) e mais preferivelmente nafaixa desde 2 até 8 polegadas (5 a 21 cm).
Na configuração ilustrada na Figura 14, é preferido que atraseira 404 da cada bandeja unidirecional 400 inclua uma aresta inferiorarredondada 410 que permite que o meio de reação que extravasa 408 "grude"na bandeja superior 404 até que ele seja posicionado sobre no mínimo umaporção da próxima bandeja mais baixa 400. Uma vez posicionado sobre apróxima bandeja mais baixa 400, o meio de reação 408 cai da bandejasuperior 400 para a bandeja inferior 400 onde ele é recombinado com aporção do meio de reação 408 que escoa sobre a aresta terminal 412 dabandeja superior 400 e sobre a bandeja inferior 400. Para permitir que o meiode reação que extravasou grude na bandeja superior 400 até que sejaposicionado sobre a bandeja inferior 400, é preferido que a aresta inferiorarredondada 410 das bandejas unidirecionais 400 tenham um raio decurvatura mínimo de no mínimo 1 polegada (2,5 cm), mais preferivelmente nafaixa de cerca de aproximadamente 1,5 até aproximadamente 12 polegadas(3,8 a 30,5 cm), mais preferivelmente na faixa desde 2 até 8 polegadas (5 até20,5 cm).
Também deveria ser observado que a configuração ilustrada naFigura 14 emprega bandejas unidirecionais 400 sem vertedouros. Assim, asarestas terminais 412 das bandejas 400 ilustradas na Figura 14 são definidaspor uma aresta do elemento principal substância mente plano 414 dasbandejas 400 ao invés de pela aresta superior de um vertedouro. Contudo, éconsiderado que o projeto de extravasamento traseiro ilustrado na Figura 14também é adequado para utilização com bandejas que tem vertedouros.
Os reatores ilustrados nas Figuras 1-14 podem ser empregadosem uma variedade de diferentes processos. Estes reatores são particularmenteúteis em processos onde é vantajoso que reações químicas tenham lugar emlâminas relativamente finas de um meio de reação. Além disto, estes reatoressão projetados para acomodar a situação onde a viscosidade do meio dereação aumenta durante o processamento. Em uma configuração preferencialda presente invenção, a viscosidade dinâmica (medida em poise) do meio dereação que deixa o reator é no mínimo aproximadamente 50% maior do que aviscosidade dinâmica do meio de reação que entra no reator, maispreferivelmente no mínimo aproximadamente 250% maior do que aviscosidade dinâmica do meio de reação que entra no reator e maispreferivelmente, no mínimo 1000% maior do que a viscosidade dinâmica domeio de reação que entra no reator. Preferivelmente os reatores descritosacima são reatores de polimerização empregados para processar um meio dereação que sofre polimerização.
Em um processo particularmente preferido, o reator éempregado em um processo para produzir polietileno tereftalato (PET). Emtal processo, o meio de reação que entra no reator preferivelmente tem umgrau de polimerização (DP) na faixa de aproximadamente 20 atéaproximadamente 75, mais preferivelmente na faixa de aproximadamente 35até aproximadamente 60 e mais preferivelmente na faixa desde 40 até 55.Como aqui utilizado, "grau de polimerização" ou "DP" significa númeromédio de grau de polimerização que é definido como número médio de pesomolecular polimérico dividido pelo peso molecular da unidade de repetição.Quando o meio de reação escoa para baixo através do reator, o DP do meio dereação aumenta devido a poli-condensação. Preferivelmente o DP do meio dereação que deixa o reator é no mínimo aproximadamente 25% maior do que oDP do meio de reação que entra no reator, mais preferivelmente na faixa dedesde aproximadamente 50 até aproximadamente 500% maior do que o DPdo meio de reação que entra no reator, mais preferivelmente na faixa de desde80 até 400% maior do que o DP do meio de reação que entra no reator.Preferivelmente um meio de reação que deixa o reator tem um DP na faixa dedesde aproximadamente 75 até aproximadamente 200, mais preferivelmentena faixa de desde aproximadamente 90 até aproximadamente 180, maispreferivelmente na faixa desde 65 até 165.
Em uma configuração preferencial da presente invenção, ascondições de reação no reator são mantidas a uma temperatura na faixa desdeaproximadamente 250 até aproximadamente 325 °C e uma pressão na faixadesde aproximadamente 0,1 até aproximadamente 4 torr, maispreferivelmente uma temperatura na faixa desde aproximadamente 270 atéaproximadamente 310 °C e uma pressão na faixa desde aproximadamente 0,2até aproximadamente 2 torr, mais preferivelmente a uma temperatura na faixadesde 275 até 295 °C e uma pressão na faixa desde 0,3 até aproximadamente1,5 torr. O tempo de residência médio do meio de reação no reator épreferivelmente na faixa desde aproximadamente 0,25 até aproximadamente 5horas, mais preferivelmente na faixa desde 0,5 até 2,5 horas.
A configuração do reator descrita acima com referência àsFiguras 1-14 é preferivelmente operável para manter uma profundidade médiado meio de reação nas bandejas de no mínimo aproximadamente 2,5polegadas (3,8 cm) mais preferivelmente na faixa desde 3 até 12 polegadas(7,5 até 30,5 cm).
Os inventores observam que para todas as faixas numéricasaqui fornecidas, as extremidades superior e inferior das faixas podem serindependentes uma da outra. Por exemplo, uma faixa numérica de 10 a 100significa maior do que 10 e/ou menor do que 100. Assim, uma faixa de 10 até100 fornece suporte para uma reivindicação de limitação de maior do que 10(sem o limite superior), uma limitação de reivindicação de menor do que 100(sem o limite inferior), bem como a faixa completa 10 a 100 (com ambos, olimite superior e o inferior).
A invenção foi descrita em detalhe com referência particular asuas configurações preferenciais, porém será entendido que variações emodificações podem ser efetuadas dentro do espírito e escopo da invenção.
Claims (20)
1. Reator, caracterizado pelo fato de que compreende: umapluralidade de bandejas inclinadas unidirecionais verticalmente espaçadas euma pluralidade de bandejas inclinadas bidirecionais verticalmente espaçadas,em que a inclinação de ditas bandejas unidirecionais aumenta para baixo.
2. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de a inclinação de ditas bandejas bidirecionais aumentar para baixo.
3. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de a no mínimo uma porção de ditas bandejas unidirecionais serlocalizada acima de no mínimo uma porção de ditas bandejas bidirecionais.
4. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de aquelas adjacentes de ditas bandejas unidirecionais inclinarem emdireções opostas.
5. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de ditas bandejas bidirecionais incluírem bandejas de teto e calhaalternadas, onde ditas bandejas de teto incluem um par de elementos de tetodivergentes para baixo no qual ditas bandejas de calha incluem um par deelementos de calha convergentes para baixo.
6. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de dita pluralidade de bandejas unidirecionais incluir um grupo superiorde bandejas unidirecionais que se inclinam para trás e para a frente em umaprimeira direção e um grupo inferior de bandejas unidirecionais que seinclinam para trás e para a frente em uma segunda direção, no qual ditasprimeira e segunda direções são substancialmente perpendiculares uma àoutra.
7. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de a inclinação de ditas bandejas unidirecionais variar por no mínimoaproximadamente 2 graus, no qual a inclinação de ditas bandejas bidirecionaisvaria por no mínimo aproximadamente 4 graus.
8. Reator de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de no mínimo uma porção de ditas bandejas unidirecionais incluir umvertedouro acoplado a dito elemento principal e que se estende para cima apartir de dita superfície inclinada voltada para cima.
9. Reator de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de no mínimo 10% de todas as bandejas unidirecionais serem equipadascom ditos vertedouros, no qual ditos vertedouros têm uma altura na faixa dedesde 3 até 12 polegadas (7,5 até 30,5 cm).
10. Reator para processar um meio de reação, caracterizadopelo fato de compreender uma pluralidade de bandejas inclinadas espaçadasverticalmente, no qual no mínimo 10 porcento de ditas bandejas incluem umvertedouro que se estende para cima tendo uma altura de no mínimoaproximadamente 2,5 polegadas (6,3 cm), sobre o qual no mínimo umaporção de dito meio de reação escoa para passar à próxima bandeja localizadaimediatamente abaixo dele.
11. Reator de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de dito vertedouro ter uma altura na faixa desde 3 até 12 polegadas(7,5 até 30,5 cm).
12. Reator de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que ditas bandejas incluem uma pluralidade de bandejasunidirecionais inclinadas em direções opostas e em que a inclinação de ditasbandejas aumenta para baixo de bandeja para bandeja.
13. Processo de polimerização, caracterizado pelo fato decompreender: a) introduzir um meio de reação compreendendo polietilenotereftalato em um reator de polimerização que compreende uma pluralidadede bandejas inclinadas espaçadas verticalmente; b) fazer com que dito meiode reação escoe para baixo em dito reator de polimerização sobre ditasbandejas espaçadas verticalmente, no qual a espessura média de dito meio dereação que escoa em ditas bandejas espaçadas verticalmente é mantido emaproximadamente 2,5 polegadas ou mais (6,3 cm); e c) retirar dito meio dereação de dito reator de polimerização, no qual o grau de polimerização (DP)de dito meio de reação retirado de dito reator de polimerização é no mínimoaproximadamente 25% maior do que o DP de dito meio de reação introduzido em dito reator de polimerização.
14. Processo de polimerização de acordo com a reivindicação-13, caracterizado pelo fato de a espessura média de dito meio de reação queescoa em ditas bandejas espaçadas verticalmente ser mantida na faixa desde 3até 12 polegadas (6,3 até 30,5 cm).
15. Processo de polimerização de acordo com a reivindicação-13, caracterizado pelo fato de dito meio de reação ser mantido a umatemperatura na faixa desde aproximadamente 250 até aproximadamente-3 25 0C e uma pressão na faixa desde aproximadamente 0,1 atéaproximadamente 4 Torr em dito reator de polimerização.
16. Processo de polimerização de acordo com a reivindicação-13, caracterizado pelo fato de ditas bandejas incluírem uma pluralidade debandejas unidirecionais e uma pluralidade de bandejas bidirecionaisinclinadas em direções opostas.
17. Processo de polimerização de acordo com a reivindicação -16, caracterizado pelo fato de ditas bandejas bidirecionais incluírem bandejasde teto e calha alternadas, no qual ditas bandejas de teto incluem um par deelementos de teto divergentes para baixo, no qual ditas bandejas de calhaincluem um par de elementos de calha convergentes para baixo e em que ainclinação de ditas bandejas bidirecionais aumenta para baixo.
18. Processo para processar um meio de reação, caracterizadopelo fato de compreender: a) introduzir um meio de reação compreendendotereftalato de polietileno em uma seção superior de um reator que compreendeuma pluralidade de bandejas inclinadas unidirecionais e uma pluralidade debandejas inclinadas bidirecionais; b) fazer com que dito meio de reação escoepara baixo em dito reator sobre as ditas bandejas unidirecionais ebidirecionais, e c) retirar dito meio de reação de uma seção inferior de ditoreator, em que a inclinação de ditas bandejas unidirecionais aumenta parabaixo e a inclinação de ditas bandejas bidirecionais aumenta para baixo.
19. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato da espessura média de dito meio de reação que escoa em ditasbandejas verticalmente espaçadas ser no mínimo aproximadamente 2,5polegadas (6,3 cm).
20. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de dita pluralidade de bandejas unidirecionais incluir um gruposuperior de bandejas unidirecionais e um grupo inferior de bandejasunidirecionais, no qual dito meio de reação escoa para trás e para a frente emdito grupo superior de bandejas unidirecionais em uma primeira direção, noqual dito meio de reação escoa para trás e para a frente em dito grupo inferiorde bandejas unidirecionais em uma segunda direção, no qual ditas primeira esegunda direções são substancialmente perpendiculares uma à outra.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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