BRPI0808063A2 - " processo de produção de poliéster, e, dispositivo ". - Google Patents

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Bruce Roger Debruin
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Description

“PROCESSO DE PRODUÇÃO DE POLIÉSTER, E, DISPOSITIVO” FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
1. Campo da Invenção
Esta invenção diz respeito a um sistema para produzir poliésteres de fase fundida. Em outro aspecto, a invenção diz respeito a um sistema de esterificação que utiliza um reator de esterificação verticalmente alongado que necessita de pouca ou nenhuma agitação mecânica.
2. Descrição da Técnica Anterior
A polimerização de fase pode ser usada para produzir uma variedade de poliésteres, tais como, por exemplo, tereftalato de polietileno (PET). O PET é amplamente usado em recipientes de bebidas, comidas e outros, bem como em fibras e resinas sintéticas. Avanços na tecnologia do processo junto com a demanda crescente levou a um mercado crescentemente competitivo para a produção e venda de PET. Portanto, um processo de baixo custo e alta eficiência para produzir PET é desejável.
Em geral, as instalações de produção de poliéster de fase fundida, incluindo aquelas usadas para fabricar PET, utilizam uma seção de esterificação e uma seção de policondensação. Na seção de esterificação, as matérias primas poliméricas (isto é, os reagentes) são convertidos aos monômeros e/ou oligômeros de poliéster. Na seção de policondensação, os monômeros de poliéster que saem da seção de esterificação são convertidos em um produto polimérico tendo a extensão de cadeia final desejada.
Na maioria das instalações para a produção de poliéster de fase fundida convencionais, a esterificação é realizada em um ou mais reatores mecanicamente agitados, tais como, por exemplo, reatores de tanque continuamente agitados (CSTRs). Não obstante, os CSTRs e outros reatores mecanicamente agitados têm várias desvantagens que podem resultar em custos de capital, operação, e/ou manutenção aumentados para a instalação para a produção de poliéster geral. Por exemplo, os agitadores mecânicos e vários equipamentos de controle tipicamente associados com os CSTRs são complexos, caros, e podem precisar de manutenção extensiva. Além disso, os CSTRs convencionais frequentemente utilizam tubos de transferência de calor internos que ocupam uma porção do volume interno do reator. De modo a 5 compensar quanto a perda no volume eficaz do reator, os CSTRs com os tubos de transferência de calor internos precisam de um volume geral maior, que aumenta os custos de capital. Além disso, as serpentinas de troca de calor internas tipicamente associadas com os CSTRs podem interferir de modo indesejado com os padrões de fluxo do meio de reação dentro do recipiente, 10 deste modo resultando em uma perda da conversão. Para aumentar a conversão do produto, muitas instalações para a produção de poliéster convencionais utilizaram múltiplos CSTRs operando em série, o que também aumenta os custos tanto de capital quanto de operação.
Deste modo, existe uma necessidade quanto um processo de poliéster de alta eficiência que minimiza os custos de capital, operacionais e de manutenção enquanto maximiza a conversão do produto.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em uma forma de realização da presente invenção, é fornecido um processo que compreende: (a) submeter um meio de reação à esterificação em um reator de esterificação verticalmente alongado; e (b) opcionalmente, agitar o meio de reação no reator de esterificação, em que menos do que cerca de 50 por cento da agitação é fornecida através de agitação mecânica.
Em uma outra forma de realização da presente invenção, é fornecido um processo que compreende: (a) submeter um primeiro meio de 25 reação à esterificação em uma primeira zona de esterificação para deste modo produzir um primeiro produto tendo uma conversão de pelo menos cerca de 70 por cento; e (b) submeter pelo menos uma porção do primeiro produto a outra esterificação em uma segunda zona de esterificação definida por um segundo reator de esterificação para deste modo produzir um segundo produto tendo uma conversão de pelo menos cerca de 80 por cento, em que o dito segundo reator de esterificação define um fluido entrada para receber o primeiro produto e uma saída de líquido para descartar o segundo produto, em que a saída de líquido está localizada em uma elevação mais superior do que a 5 entrada de fluido.
Ainda em outra forma de realização da presente invenção, é fornecido um dispositivo que compreende um vaso de reação e uma pluralidade de tubos de transferência de calor verticalmente espaçados localizados no vaso de reação. O vaso de reação é alongado ao longo de um 10 eixo central vertical de alongamento. O vaso de reação define uma entrada de fluido, uma pluralidade de saídas de líquidos verticalmente espaçadas, e uma saída de vapor. A entrada de fluido está localizada em uma elevação mais baixa do que a saída de vapor. As saídas de líquidos estão localizadas em uma elevação acima da entrada de fluido e abaixo da saída de vapor.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
Certas formas de realização da presente invenção são descritas em detalhes abaixo com referência às figuras anexas, em que:
A FIG. 1 é uma representação esquemática de um sistema de esterificação do primeiro estágio configurado de acordo com uma forma de realização da presente invenção e adequado para o uso em uma instalação para a produção de poliéster de fase fundida;
A FIG. 2 é uma representação esquemática de um reator de esterificação do segundo estágio configurado de acordo com uma forma de realização da presente invenção e adequado para o uso em uma instalação 25 para a produção de poliéster de fase fundida, com a linha A conectando ao reator de esterificação do segundo estágio da FIG. 2 com o sistema de esterificação do primeiro estágio da FIG. 1; e a
FIG. 3 é uma vista secional do reator de esterificação do segundo estágio da FIG. 2, tomado ao longo da linha 3-3 na FIG. 2. DESCRIÇÃO DETALHADA A presente invenção pode ser utilizada na instalação para a produção de poliéster de fase fundida capaz de produzir uma variedade de poliésteres a partir de uma variedade de materiais de partida. Como aqui usado, o termo “poliéster” também inclui os derivados de poliéster, tais como, por exemplo, polieterésteres, poliéster amidas, e polieteréster amidas. Os exemplos de poliésteres de fase fundida que podem ser produzidos de acordo com a presente invenção incluem, mas não são limitados a, homopolímeros e copolímeros de terefitalato de polietileno (PET), PETG (PET modificado com um comonômero de 1,4-cicloexano-dimetanol (CHDM)), poliéster cristalinos completamente aromáticos ou líquidos, poliésteres biodegradáveis, tais como aqueles que compreendem butanodiol, ácido tereftálico e resíduos do ácido adípico, homopolímeros e copolímeros de poli(tereftalato de cicloexanodimetileno), e homopolímeros e copolímeros de CHDM e ácido cicloexano dicarboxílico ou cicloexanodicarboxilato de dimetila.
Em uma forma de realização da presente invenção, os materiais de poliéster de partida que compreendem pelo menos um álcool e pelo menos um ácido são submetidos à esterificação em uma seção inicial do processo. O material de partida ácido pode ser um ácido dicarboxílico tal que o produto final de poliéster compreende pelo menos um resíduo de ácido dicarboxílico tendo na faixa de cerca de 4 a cerca de 15 ou de 8 a 12 átomos de carbono. Os Exemplos de ácidos dicarboxílicos adequados para o uso na presente invenção podem incluir, mas não são limitados a, ácido tereftálico, ácido fitálico, ácido isoftálico, ácido naftaleno-2,6-dicarboxílico, ácido cicloexano dicarboxílico, ácido cicloexanodiacético, ácido difenil-4,4’-dicarboxílico, ácido difenil-3,4’-dicarboxílico, 2,2,-dimetil-l,3-propandiol, ácido dicarboxílico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido azeláico, ácido sebácico, e misturas destes. Em uma forma de realização, o ácido do material de partida pode ser um éster correspondente, tal como tereftalato de dimetila ao invés de ácido tereftálico.
O material de partida alcoólico pode ser um diol tal que o produto final de poliéster pode compreender pelo menos um resíduo diol, tal como, por exemplo, aqueles originados de dióis cicloalifáticos tendo na faixa de cerca de 3 a cerca de 25 átomos de carbono ou de 6 a 20 átomos de carbono. Os dióis adequados podem incluir, mas não são limitados a, etileno glicol (EG), dietileno glicol, trietileno glicol, 1,4-cicloexano-dimetanol, propano-1,3-diol, butano-1,4-diol, pentano-l,5-diol, hexano-l,6-diol, neopentilglicol, 3-metilpentanodiol-(2,4), 2-metilpentanodiol-(l,4), 2,2,4- trimetilpentano-diol-(l,3), 2-etilexano-diol-(l,3), 2,2-dietilpropano-diol-(l,3), hexanodiol-(l ,3), 1,4-di-(hidroxietóxi)-benzeno, 2,2-bis-(4-hidroxicicloexil)propano, 2,4-diidróxi-1,1,3,3-tetrametil-ciclobutano, 2,2,4,4-tetrametilciclobutano-diol, 2,2-bis-(3-hidroxietoxifenil)-propano, 2,2-bis-(4- hidroxipropóxi-fenil)-propano, isossorbeto, hidroquinona, BDS-(2,2- (sulfonilbis)4,l- fenileneóxi))bis(etanol), e misturas destes.
Além disso, em uma forma de realização, os materiais de partida podem compreender um ou mais comonômeros. Os comonômeros adequados podem incluir, por exemplo, comonômeros que compreendem ácido tereftálico, tereftalato de dimetila, ácido isoftálico, isofltalato de 20 dimetila, dimetil-2,6-naftalenodicarboxilato, ácido 2,6-naftalenodicarboxílico, etileno glicol, dietileno glicol, 1,4-cicloexano-dimetanol (CHDM), 1,4-butanodiol, politetrametilenoglicol, trans-DMCD, anidreto trimelítico, 1,4-dicarboxilato de dimetil cicloexano, 2,6-dicarboxilato de dimetil decalina, decalina dimetanol, 2,6-dicarboxilato de decaidronafltalano, 25 2,6-diidroximetildecaidro-naftaleno, hidroquinona, ácido hidroxibenzóico, e misturas destes.
De acordo com uma forma de realização da presente invenção, um ou mais aditivos podem ser adicionados aos materiais de partida, ao poliéster, e/ou aos precursores de poliéster em um ou mais locais dentro do processo. Os aditivos adequados podem incluir, por exemplo, comonômeros trifimcionais ou tetrafuncionais, tais como anidreto trimelítico, trimetilolpropano, dianidreto piromelítico, pentaeritritol ou outros poliácidos ou polióis; agentes de reticulação ou ramificação; corante; tonalizador;
5 pigmento; negro de fumo; fibra de vidro; enchedor; modificador de impacto; antioxidante; composto absorvedor de UV; e agente descontaminante de oxigênio.
Em geral, o processo para a produção de poliéster de acordo com uma forma de realização da presente invenção pode utilizar duas seções principais.
A primeira seção reage os materiais de partida (também aqui indicados como “matéria prima” ou “reagentes”) em monômeros e/ou oligômeros. A segunda seção também reage os monômeros e/ou oligômeros no produto final de poliéster.
Se os materiais de partida que entram na primeira seção
incluem os grupos ácidos finais, tais como, por exemplo, ácido tereftálico ou ácido isoftálico, a primeira seção pode ser indicada como esterificação. Se os materiais de partida têm grupos finais metila, tais como, por exemplo, tereftalato de dimetila ou isoftalato de dimetila, a primeira seção pode ser 20 indicada to como troca de éster ou trans-esterificação. Para clareza, o termo “esterificação,” como aqui usado, inclui as reações tanto de esterificação quanto de troca de éster. Portanto, se a primeira seção é usada para a esterificação, troca de éster ou trans-esterificação, esta pode ser indicada como “seção de esterificação” do processo. De acordo com uma forma de 25 realização da presente invenção, a esterificação pode ser realizada em um ou mais estágios da seção de esterificação em uma temperatura na faixa de cerca de 220°C a cerca de 300°C ou cerca de 235°C a cerca de 290°C ou 245°C a 280°C e uma pressão menor do que cerca de 25 psig (172,4 kPa man.) ou uma pressão na faixa de cerca de 1 psig (6,9 kPa man.) a cerca de 10 psig (68,9 kPa man.) ou 2 psig (13,8 kPa man.) a 5 psig (34,5 kPa man.). Em uma forma de realização, a extensão de cadeia média do monômero e/ou oligômero que saem da seção de esterificação pode ser menos do que cerca de 25, de cerca de 1 a cerca de 20 ou de 5 a 15.
5 A segunda seção do processo pode ser indicada como a seção
de policondensação. A seção de policondensação pode utilizar um processo de etapa única ou pode ser dividido em uma etapa de prepolicondensação (ou prepolimerização) e etapa de policondensação final (ou de acabamento). Em geral, os polímeros de cadeia maiores podem ser produzidos por intermédio 10 de um processo de policondensação de múltiplas etapas. Em geral, a policondensação pode ser realizada na seção de policondensação em uma temperatura na faixa de cerca de 220°C a cerca de 350°C ou cerca de 240°C a cerca de 320°C e um pressão sub-atmosférica (por exemplo, vácuo). Quando a policondensação é realizada em um processo de dois estágios, o reator de 15 prepolimerização (ou prepolímero) pode converter o monômero que sai da seção de esterificação em um oligômero tendo uma extensão de cadeia média na faixa de cerca de 2 a cerca de 40, de cerca de 5 a cerca de 35 ou de 10 a 30. O reator de acabamento depois converte a mistura de oligômero/polímero em um produto polimérico final tendo a extensão de cadeia média desejada, 20 tipicamente maior do que cerca de 30, maior do que cerca de 50, maior do que cerca de 75 ou maior do que 90.
Uma seção de esterificação de múltiplos estágios configurada de acordo com uma forma de realização da presente invenção é representada nas FIGS. de 1 a 3. Em particular, a FIG. 1 ilustra um sistema de esterificação 25 do primeiro estágio exemplar, enquanto as FIGS. 2 e 3 ilustram um reator de esterificação do segundo estágio exemplar. A seção de esterificação de múltiplos estágios da FIGS. de 1 a 3 será agora descrita em maiores detalhes.
Se referindo agora à FIG. 1, um sistema de esterificação do primeiro estágio 10 configurado de acordo com uma forma de realização da presente invenção é ilustrado como em geral que compreende um trocador de calor 12, um vaso de esterificação 14, uma coluna de destilação 16, e um circuito fechado de recirculação 18. Em geral, o processo realizado no sistema de esterificação do primeiro estágio 10 inclui as seguintes etapas amplas: (1) 5 introduzir uma alimentação de esterificação no trocador de calor 12; (2) aquecer e parcialmente esterificar a alimentação de esterificação no trocador de calor 12; (3) introduzir pelo menos uma porção do produto aquecido e parcialmente esterificado do trocador de calor 12 no vaso de esterificação 14; (4) além de esterificar o produto parcialmente esterificado a partir do trocador 10 de calor 12 no vaso de esterificação 14; (5) separar um produto líquido a partir de um sub-produto de vapor no vaso de esterificação 14; (6) introduzir pelo menos uma porção do sub-produto de vapor a partir do vaso de esterificação 14 na coluna de destilação 16; (7) separar o sub-produto de vapor em um corrente de topo predominantemente de água e um corrente de 15 fundo predominantemente de álcool na coluna de destilação 16; (8) conduzir uma porção de recirulação do produto líquido as partir do vaso de esterificação 14 de volta para o trocador de calor 12 por intermédio do circuito fechado de recirculação 18; (9) enquanto a porção de recirculação do produto líquido está escoando através do circuito fechado de recirculação 18, 20 adicionando a esta o álcool recirculado a partir da coluna de destilação 16, álcool fresco, aditivo(s), e/ou ácido; e (10) retirar uma porção do produto do produto líquido do vaso de esterificação 14 para outro processo a jusante.
Como indicado acima, a esterificação do primeiro estágio pode ser realizado tanto no trocador de calor 12 quanto no vaso de esterificação 14 25 do sistema de esterificação 10. Portanto, o trocador de calor 12 e o vaso de esterificação 14 podem ser cada um indicados como “reatores de esterificação do primeiro estágio” que cada um definem uma porção de uma “zona de esterificação do primeiro estágio.” Não obstante, devido a uma função adicional do trocador de calor 12 poder ser aquecer o meio de reação neste processado, o trocador de calor 12 também pode ser indicado como um “aquecedor” que define uma “zona de aquecimento.” Além disso, visto que uma função adicional do vaso de esterificação 14 pode ser promover descarga do vapor/líquido, o vaso de esterificação 14 também pode ser indicado como 5 um “vaso de desprendimento” que define uma “zona de desprendimento”. A configuração e operação do sistema de esterificação do primeiro estágio 10, ilustrada na FIG. 1, será agora descrita em maiores detalhes.
Novamente se referindo à FIG. 1, uma corrente de produto líquido recirculada, divulgada em maiores detalhes abaixo, é transportada através de um conduto de recirculação 100 do sistema de esterificação do primeiro estágio 10. Como ilustrado na FIG. 1, os seguintes materiais podem ser adicionados à corrente de produto líquido recirculada escoando através do conduto de recirculação 100: (a) álcool fresco adicional introduzido por intermédio do conduto 104 e (b) um ou mais aditivos introduzidos por intermédio do conduto 106. Em uma outra forma de realização, pelo menos uma porção de um ou mais correntes em condutos 104 e/ou 106 pode ser adicionada à corrente que sai do vaso de esterificação 14 no conduto 114, que é divulgado em detalhes abaixo. Ainda em outra forma de realização, pelo menos uma porção de uma ou mais correntes em condutos 104 e/ou 106 pode ser diretamente introduzida em uma bomba de recirculação 40 ainda a ser divulgada. O álcool fresco no conduto 104 pode ser qualquer um dos álcoois divulgados acima como sendo adequado para o uso como materiais de partida no sistema da presente invenção. De acordo com uma forma de realização, o álcool pode ser etileno glicol. O um ou mais aditivos no conduto 106 podem ser qualquer um dos aditivos divulgados acima como sendo adequado para o uso no sistema da presente invenção.
O ácido adicional do conduto 108 também pode ser adicionado à corrente que flui através do conduto de recirculação 100. O ácido introduzido no conduto de recirculação 100 por intermédio do conduto 108 pode ser qualquer um dos ácidos divulgados acima como sendo adequado para o uso como materiais de partida no sistema da presente invenção. O ácido no conduto 108 pode estar na forma de um líquido, pasta fluida, pasta ou sólidos secos. Em uma forma de realização, o ácido no conduto 108 pode 5 ser as partículas sólidas do ácido tereftálico.
Em uma forma de realização da presente invenção, o ácido no conduto 108 é adicionado à corrente de recirculação no conduto 100 na forma de partículas sólidas pequenas substancialmente secas (por exemplo, um pó). Em uma tal forma de realização, o ácido alimentado ao conduto 100 pode 10 conter menos do que cerca de 5 por cento em peso, menos do que cerca de 2 por cento em peso ou menos do que 1 por cento em peso de líquido. Este método de adição de ácido seco pode eliminar a necessidade quanto tanques complexos e dispendiosos mecanicamente agitados tradicionalmente usados para converter as partículas de ácido sólidas em uma pasta ou pasta fluida 15 antes de introduzir a mistura resultante no processo de esterificação.
Como ilustrado na FIG. 1, um redutor de pressão 20 pode ser utilizado para permitir a adição direta de um reagente de ácido sólido no conduto de recirculação 100 sem estar na forma de uma pasta ou pasta fluida. Em uma forma de realização da presente invenção, o reagente de ácido sólido 20 pode ser adicionado ao conduto de recirculação 100 em um local onde a pressão da corrente de recirculação foi reduzida por intermédio do redutor de pressão 20. O redutor de pressão 20 pode ser qualquer dispositivo conhecido na técnica a ser capaz de reduzir a pressão de uma corrente de fluido primário de modo que o material pode ser adicionado à corrente de pressão reduzida 25 por intermédio de uma abertura próxima à zona de pressão reduzida. Um edutor é um exemplo de um dispositivo adequado para o uso como redutor de pressão 20.
Como ilustrado na FIG. 1, o reagente de ácido sólido no conduto 108 pode ser adicionado ao circuito fechado de recirculação 18 a jusante do álcool adicional e dos pontos de injeção de aditivos. Além disso, pode ser vantajoso introduzir o reagente de ácido sólido no topo da porção do conduto de recirculação 100 de modo a acelerar a dissolução de partículas de ácido sólidas ao passo que estes descendem na corrente de recirculação. A 5 presença dos monômeros e/ou oligômeros de poliéster na corrente de recirculação também pode aumentar a dissolução das partículas de ácido sólidas adicionadas ao conduto de recirculação 100. Em uma forma de realização da presente invenção, a corrente no conduto de recirculação 100 pode ter uma extensão de cadeia média na faixa de cerca de 1 a cerca de 20, 10 cerca de 2 a cerca de 18 ou 5 a 15.
Em geral, a quantidade de álcool e ácido adicionada à corrente de recirculação no conduto de recirculação 100 pode ser qualquer quantidade necessária para fornecer a taxa de produção e a razão de álcool-para-ácido desejadas. Em uma forma de realização da presente invenção, a razão molar 15 de álcool-para-ácido da corrente de alimentação de esterificação que sai do conduto de recirculação 100 é na faixa de cerca de 1,005:1 a cerca de 10:1, cerca de 1,01:1 a cerca de 8:1 ou 1,05:1 para 6:1.
A corrente combinada que sai do conduto de recirculação 100 e/ou do redutor de pressão 20 pode ser introduzida como uma alimentação de 20 esterificação em uma entrada 22 do trocador de calor 12 por intermédio de um conduto de alimentação 110. No trocador de calor 12, a alimentação de esterificação/meio de reação são aquecidos e submetidos às condições de esterificação. De acordo com uma forma de realização da presente invenção, o aumento de temperatura do meio de reação entre a entrada 22 e uma saída 25 24 do trocador de calor 12 pode ser de pelo menos cerca de 50° F (10°C), pelo menos cerca de 75° F (23,8°C) ou pelo menos 85° F (29,4°C). Em geral, a temperatura da alimentação de esterificação entrando na entrada 22 do trocador de calor 12 pode ser na faixa de cerca de 220°C a cerca de 260°C, cerca de 230°C a cerca de 250°C ou 235°C a 245°C. Em geral, a temperatura do produto de esterificação que sai da saída 24 do trocador de calor 12 pode ser na faixa de cerca de 240°C a cerca de 320°C, cerca de 255°C a cerca de 300°C ou 275°C a 290°C. O meio de reação no trocador de calor 12 pode ser mantido a uma pressão na faixa de cerca de 5 a cerca de 50 5 psig (34,5 kPa a cerca de 344,5 kPa man.), de cerca de 10 a cerca de 35 psig (68,9 a 172,4 kPa man.) ou de 15 a 25 psig (103,4 a 172,4 kPa man.).
Como previamente divulgado, o trocador de calor 12 também pode ser considerado um reator de esterificação porque pelo menos uma porção do meio de reação que flui para esse pode sofrer a esterificação. A 10 quantidade de esterificação realizada de acordo com a presente invenção pode ser quantificada em termos de “conversão.” Como aqui usado, o termo “conversão” é usado para descrever uma propriedade da fase líquida de uma corrente que foi submetida à esterificação, em que a conversão da corrente esterificada indica a porcentagem dos grupos finais de ácidos originais que 15 foram convertidos (isto é, esterificados) a grupos éster. A conversão pode ser quantificada como vários grupos finais convertidos (isto é, grupos finais de álcool) divididos pelo número total de grupos finais (isto é, álcool mais grupos finais de ácidos), expressados como uma porcentagem. Enquanto a conversão é aqui usada, deve ser entendido que a extensão de cadeia média, 20 que descreve o número médio de unidades monoméricas que um composto compreende, também pode ser apropriada para descrever também as características das correntes da presente invenção.
De acordo com uma forma de realização, a reação de esterificação realizada no trocador de calor 12 pode aumentar a conversão do meio de reação entre a entrada 22 e a saída 24 através de pelo menos cerca de
5, pelo menos cerca de 10, pelo menos cerca de 15, pelo menos cerca de 20, pelo menos cerca de 30 ou pelo menos 50 pontos de porcentagem. Em geral, a corrente de alimentação de esterificação introduzida na entrada 22 do trocador de calor 12 tem uma conversão menor do que cerca de 90 por cento, menos do que cerca de 75 por cento, menos do que cerca de 50 por cento, menos do que cerca de 25 por cento, menos do que cerca de 10 por cento ou menos do que 5 por cento, enquanto a corrente do produto de esterificação que sai da saída 24 do trocador de calor 12 tem uma conversão de pelo menos cerca de 50 por 5 cento, pelo menos cerca de 60 por cento, pelo menos cerca de 70 por cento, pelo menos cerca de 75 por cento, pelo menos cerca de 80 por cento, pelo menos cerca de 85 por cento, pelo menos cerca de 95 por cento ou pelo menos 98 por cento.
Em uma forma de realização da presente invenção, a reação de esterificação realizada no trocador de calor 12 ocorre em um tempo de residência significantemente reduzido com relação aos processos de esterificação convencionais. Por exemplo, o tempo de residência médio do meio de reação que flui através do trocador de calor 12 pode ser menor do que cerca de 60 minutos, menos do que cerca de 45 minutos, menos do que cerca de 35 minutos ou menos do que 20 minutos. Este tempo de residência relativamente curto pode até ser obtido, em altas taxas de produção em escala comercial. Deste modo, em uma forma de realização, a corrente do produto sai da saída 24 do trocador de calor 12 em uma taxa de fluxo de pelo menos cerca de 10.000 libras por hora (lb/h) (4536 kg/hora kg/h)) (4536 kg por hora (kg/h)), pelo menos cerca de 25.000 lb/h (11339 kg/h) (11340 kg/h), pelo menos cerca de 50.000 lb/h (22680 kg/h) ou pelo menos 100.000 lb/h (45359 kg/h).
Voltando agora para a configuração específica do trocador de calor 12. De acordo com uma forma de realização da presente invenção, o 25 trocador de calor 12 pode ser um trocador de calor de casco-e-tubo horizontalmente alongado. Uma passagem de fluxo interno através do trocador de calor 12 pode ser definido pelos tubos de transferência de calor através dos quais o meio de reação flui ao passo que este é aquecido e esterificado. Esta passagem de fluxo interno pode ser considerada ser uma “primeira zona de esterificação” do sistema de esterificação do primeiro estágio 10. Em geral o volume agregado da passagem de fluxo interno através do trocador de calor pode ser na faixa de cerca de 10 a cerca de 1.500 pés cúbicos (fit3) (0,28 a cerca de 42,5 m3), de cerca de 100 a cerca de 800 ft3 (de 5 cerca de 2,8 a cerca de 22,6 m3) ou 200 a 600 ft3 (5,6 a 17 m3). O diâmetro interno médio dos tubos de transferência de calor individuais pode ser menor do que cerca de 4 polegadas (10,16 cm) ou na faixa de cerca de 0,25 a cerca de 3 polegadas (0,635 a cerca de 7,62 cm) ou de 0,5 a 2 polegadas (1,27 a 5,08 cm).
Como apresentado na FIG. 1, uma corrente de meio de
transferência de calor aquecida (HTM) pode entrar no lado do casco do trocador de calor 12 e pelo menos cercar parcialmente pelo menos uma porção dos tubos de transferência de calor de modo a aquece o meio de reação escoando para este. Em uma forma de realização da presente invenção, o 15 coeficiente de transferência de calor associado com o aquecimento do meio de reação no trocador de calor 12 pode ser na faixa de cerca de 0,5 a cerca de 200 BTU por hora por ° F por pé quadrado (BTU/h.°F.ft2) (2,44 a cerca de 976,6 kcal/m2.h.°C), cerca de 5 a cerca de 100 BTU/h.°F.ft2 (de 24,4 a cerca de 488,3 kcal/m2.h.°C) (de 24,4 a cerca de 488,3 kcal/m2.h.°C) ou de 10 a 20 cerca de 50 BTU/h.° F.ft2 (de 48,8 a cerca de 244,2 kcal/m2.h.°C). A quantidade total do calor transferido para o meio de reação no trocador de calor 12 pode estar na faixa de cerca de 100 a cerca de 5.000 BTU por libra de meio de reação (BTU/lb) (55,5 a cerca de 2775 quilocalorias por quilograma de meio de reação (kcal/kg)), cerca de 400 a cerca de 2.000 BTU/lb (cerca de 25 222 a cerca de 1110 kcal/kg) ou 600 a cerca de 1500 BTU/lb (cerca de 333 a cerca de 832,5 kcal/kg).
Como representado na FIG. 1, o produto parcialmente esterificado que sai trocador de calor 12 por intermédio da saída 24 pode ser transportado para o vaso de esterificação 14 por intermédio do conduto 112. A corrente parcialmente esterificada no conduto 112 pode ser introduzida no volume interno do vaso de esterificação 14 por intermédio de uma entrada de fluido 26. Como previamente divulgado, no vaso de esterificação 14, a corrente parcialmente esterificada é submetida a outra esterificação e 5 separação de fase. Deste modo, o volume interno definido dentro do vaso de esterificação 14 pode ser considerado ser uma “zona de esterificação” e/ou uma “zona de desprendimento.” Em geral, o meio de reação no vaso de esterificação 14 flui substancialmente na horizontal através do volume interno. Como o meio de reação flui da entrada de fluido 26 e sofre 10 esterificação, os sub-produtos de vapores saem da fase líquida e fluem em geral acima da fase líquida. O produto líquido separado pode sair do vaso de esterificação 14 por intermédio de uma saída de líquido 28, enquanto o subproduto de vapor separado pode sair do vaso de esterificação 14 por intermédio de saída de vapor 30.
A reação de esterificação realizada no vaso de esterificação 14
pode aumentar a conversão do meio de reação processada neste de modo que o produto líquido que sai da saída de líquido 28 tem uma conversão que é pelo menos cerca de 1 ponto de porcentagem, pelo menos cerca de 2 pontos de porcentagem ou pelo menos 5 pontos de porcentagem maiores do que a 20 conversão da corrente fluida que entra na entrada de fluido 26. Em geral, o produto líquido que sai saída de líquido 28 do vaso de esterificação 14 pode ter conversão de pelo menos cerca de 80 por cento, pelo menos cerca de 85 por cento, pelo menos cerca de 90 por cento, pelo menos 95 por cento ou pelo menos cerca de 98 por cento.
A conversão obtida no vaso de esterificação 14 pode ocorrer
durante um tempo de residência relativamente curto e com pouca ou nenhuma entrada de calor. Por exemplo, o tempo de residência médio do meio de reação no vaso de esterificação 12 pode ser menor do que cerca de 200 minutos, menos do que cerca de 60 minutos, menos do que cerca de 45 minutos, menos do que cerca de 31 minutos ou menos do que 15 minutos. Além disso, a quantidade de calor transferido para o meio de reação no vaso de esterificação 14 pode ser menos do que cerca de 100 BTU por libra (55,5 kcal/kg) do meio de reação (BTU/lb), menos do que cerca de 20 BTU por 5 libra (11,1 kcal/kg), menos do que cerca de 5 BTU por libra (2,8 kcal/kg) ou menos do que I BTU por libra (0,6 kcal/kg).
Com mínima ou nenhuma entrada de calor no vaso de esterificação 14, a temperatura média do produto líquido que sai da saída de líquidos 28 do vaso de esterificação 14 pode estar dentro de cerca de 50°C, 10 cerca de 30°C, cerca de 20°C ou 15°C da temperatura média do fluido que entra no vaso de esterificação 14 por intermédio da entrada de fluido 26. Em geral, a temperatura média do produto líquido que sai da saída de líquido 28 do vaso de esterificação 14 pode estar na faixa de cerca de 220°C a cerca de 320°C cerca de 240°C a cerca de 300°C ou cerca de 15 250°C a cerca de 275°C.
Voltando agora para a configuração específica do vaso de esterificação 14. Na forma de realização ilustrada na FIG. 1, o vaso de esterificação 14 é substancialmente vazio, não agitado, não aquecido, em geral um vaso cilíndrico horizontalmente alongado. O vaso de esterificação 20 14 e pode ter uma razão de comprimento para diâmetro (L:D) menor do que cerca de 10:1, na faixa de cerca de 1,25:1 a cerca de 8:1, cerca de 1.5:1 a cerca de 6:1 ou 2:1 a 4,5:1 Em uma forma de realização, a entrada de fluido 26, a saída de líquido 28, e a saída de vapor 31 são espaçadas uma das outras de uma maneira que fornece esterificação suficiente e aumenta a 25 descarga/separação das fases de vapor, líquido, e espuma. Por exemplo, a saída de líquido 28 e a saída de vapor 30 podem ser horizontalmente espaçadas da entrada de fluido 26 por pelo menos cerca de 1,25 D, pelo menos cerca de 1,5 D ou pelo menos 2,0 D. Além disso, a saída de líquido 28 e a saída de vapor 30 podem ser espaçadas verticalmente uma da outra por pelo menos cerca de 0,5 D, pelo menos cerca de 0,75 D ou pelo menos 0,95 D.
Como ilustrado na FIG. 1, o vaso de esterificação 14 pode compreender um distribuidor de fluidos 32 para auxiliar na distribuição eficaz da alimentação ao vaso de esterificação 14. Na forma de realização ilustrada na FIG. 1, o distribuidor de fluidos é simplesmente um tubo que se estende substancialmente na horizontal tendo um terminação distai inclinadamente curvada que define a entrada de fluido 26 com um orientação voltada para baixo. Alternativamente, o distribuidor de fluido 32 pode definir uma pluralidade de aberturas para descarregar a alimentação parcialmente esterificada em múltiplos locais horizontalmente espaçados no vaso de esterificação 14. Em uma forma de realização da presente invenção, a profundidade média do meio de reação no vaso de esterificação 14 é mantido a menos do que cerca de 0,75 D, menos do que cerca de 0,50 D, menos do que cerca de 0,25 D ou menos do que 0,15 D ao passo que este se movimenta substancialmente na horizontal através do vaso de esterificação 14.
Como apresentado na FIG. 1, na entrada ao vaso de esterificação 14, o meio de reação que sai do distribuidor de fluido 32 pode começar a espumar como o desprendimento das bolhas de vapor da porção 20 líquida do meio de reação. Em geral, a produção de espuma pode diminuir junto com o comprimento do vaso de esterificação 14 como o vapor desprende da fase líquida do meio de reação de modo que, em uma forma de realização, substancialmente nenhuma espuma sai da saída de líquido 28 e/ou saída de vapor 30 do vaso de esterificação 14.
Para ajudar a garantir que substancialmente nenhuma espuma
saia da saída de vapor 30 do vaso de esterificação 14, um defletor que se estende a jusante 34 pode ser utilizado no vaso de esterificação 14. O defletor 34 pode em geral estar disposto entre a entrada de fluido 26 e a saída de vapor 30 do vaso de esterificação 14, porém mais próximo da saída de vapor 30 do que da entrada de fluido 26. O defletor 34 pode estender-se a jusante do topo do vaso de esterificação 14 próximo à saída de vapor 30 e pode funcionar para bloquear fisicamente o fluxo da espuma, se houver, para a saída de vapor 30. Em uma forma de realização da presente invenção, o defletor 34 pode 5 apresentar uma extremidade no fundo verticalmente espaçada de pelo menos cerca de 0,25 D, pelo menos cerca de 0,5 D ou pelo menos 0,75 D do fundo do vaso de esterificação 14. Na forma de realização ilustrada na FIG. 1, o defletor inclui uma porção que se estende a jusante 36 e um porção que se estende lateralmente 38. A porção que se estende a jusante 36 pode se 10 estender a jusante de um local próximo à saída de vapor 30, enquanto a porção que se estende lateralmente 38 pode se estender transversalmente do final do fundo da porção que se estende a jusante 36 para um local em geral sob a saída de vapor 30.
O volume interno total definido dentro vaso de esterificação 14 pode depender de vários fatores, incluindo, por exemplo, as necessidades hidrodinâmicas gerais do sistema de esterificação 10. Em uma forma de realização da presente invenção, o volume interno total do vaso de esterificação 14 pode ser pelo menos cerca de 25 por cento, pelo menos cerca de 50 por cento, pelo menos cerca de 75 por cento, pelo menos cerca de 100 por cento ou pelo menos 150 por cento do volume interno total do circuito fechado de recirculação 18, descrito em maiores detalhes abaixo. Ainda em outra forma de realização da presente invenção, o volume interno total do vaso de esterificação 14 pode ser pelo menos cerca de 25 por cento, pelo menos cerca de 50 por cento, pelo menos cerca de 75 por cento ou pelo menos 150 por cento do volume interno agregado do circuito fechado de recirculação 18, a passagem de fluxo dentro do trocador de calor 12, e o conduto do produto 112.
Novamente se referindo à FIG. 1, a corrente de vapor que sai da saída de vapor 30 do vaso de esterificação 14 por intermédio do conduto 120 pode ser direcionado a uma entrada de fluido 42 da coluna de destilação
16. O sub-produto de corrente de vapor no conduto 120 pode compreender água e álcool. A água e o álcool podem ser substancialmente separadas de um do outro na coluna de destilação 16 para deste modo produzir uma corrente de 5 vapor do topo predominantemente de água que sai da coluna de destilação 16 por intermédio da saída do topo 44 e uma corrente líquida do topo predominantemente de álcool que sai da coluna de destilação 16 por intermédio da saída mais baixa 46. A coluna de destilação 16 pode ser qualquer dispositivo capaz de separar uma corrente em um produto de topo 10 preferivelmente de vapor e um produto do fundo predominantemente líquido com base nas volatilidades relativas dos componentes da corrente de alimentação. A coluna de destilação 16 pode compreender componentes internos tais como, por exemplo, bandejas, recheios aleatórios, recheios estruturados ou qualquer combinação dos mesmos.
De acordo com uma forma de realização da presente invenção,
a corrente de vapor do topo predominantemente de água que sai da coluna de destilação 16 por intermédio de saída do topo 44 pode compreender pelo menos cerca de 50 por cento em mol, pelo menos cerca de 60 por cento em mol ou pelo menos 75 por cento em mol água. O produto de vapor do topo 20 descarregado da saída 44 da coluna de destilação 16 pode ser direcionado por intermédio do conduto 122 a um processamento, armazenagem ou distribuição subsequentes, tal como, por exemplo, uma unidade de processamento de água residual ou um meio de distribuição utilizando, por exemplo, incineração.
A corrente líquida do topo predominantemente de álcool que
sai da coluna de destilação 14 por intermédio da saída mais baixa 46 pode compreender pelo menos cerca de 50 por cento em mol, pelo menos cerca de 60 por cento em mol ou pelo menos 75 por cento em mol de álcool (por exemplo, etileno glicol). Em uma forma de realização da presente invenção, a corrente predominantemente de álcool retirada da saída mais baixa 46 da coluna de destilação 16 pode ter uma temperatura de pelo menos cerca de 150°C, na faixa de cerca de 175°C a cerca de 250°C ou 190°C a 230°C e uma pressão na faixa de cerca de 0,25 psig a cerca de 50 psig (1,7 a cerca de 344,7 5 kPa man.), cerca de 0,5 psig a cerca de 35 psig (3,5 a cerca de 241,3 kPa man.) ou 1 psig a 25 psig (6,9 a 172,4 kPa man.). Como apresentado na FIG.
1, a corrente de líquido descarregada da saída mais baixa 46 da coluna de destilação pode ser direcionada por intermédio do conduto 124 para outro processamento, armazenagem, e/ou reutilização.
Como ilustrado na FIG. 1, um produto líquido de éster pode
sair da saída de líquido 28 do vaso de esterificação 14 e pode em seguida ser introduzido no circuito fechado de recirculação 18. O circuito fechado de recirculação 18 define uma passagem de fluxo da saída de líquido 28 do vaso de esterificação 14 para a entrada 22 do trocador de calor 12. O circuito 15 fechado de recirculação 18 em geral compreende um conduto do produto líquido 114, uma bomba de recirculação 40, uma conduto da bomba de descarga 116, um conduto de recirculação 100, um redutor de pressão 20, e um conduto de alimentação 110. O produto líquido de éster descarregado do vaso de esterificação 14 pode fluir inicialmente através do conduto do produto 20 114 para a sucção da bomba de recirculação 40. A corrente que sai da bomba 40 pode ser passada através do conduto da bomba de descarga 116 e em seguida dividir em uma porção do produto transportada por intermédio do conduto do produto de éster 118 e uma porção de recirculação transportada por intermédio do conduto de recirculação 100. A divisão da corrente que sai 25 da bomba 40 pode ser realizada de modo que a razão da taxa de fluxo da massa da porção de recirculação no conduto 100 para a taxa de fluxo da massa da porção do produto no conduto 118 pode ser na faixa de cerca de
0,25:1 a cerca de 30:1, cerca de 0,5:1 a cerca de 20:1 ou 2:1 para 15:1. Como previamente divulgado, a porção de recirculação no conduto 100 pode ser eventualmente utilizado como a alimentação ao trocador de calor 12, após a adição do álcool fresco por intermédio do conduto 104, o(s) aditivo(s) por intermédio do conduto 106, e/ou ácido por intermédio do conduto 108.
A porção do produto do produto líquido de éster no conduto 5 118 pode ser direcionada a um local a jusante para outro processamento, armazenagem ou outro uso. Em uma forma de realização, pelo menos uma fração da porção do produto no conduto 118 pode ser submetida a outra esterificação em um reator de esterificação do segundo estágio, descrito em detalhes abaixo.
Se referindo agora à FIG. 2, uma porção do produto do sistema
de esterificação do primeiro estágio 10 (FIG. 1) pode ser direcionado a uma entrada de fluido 48 de um reator de esterificação do segundo estágio 50 (FIG. 2) por intermédio do conduto A. No reator de esterificação do segundo estágio 50, o meio de reação é aquecido e submetido às condições de esterificação. Não obstante, em contraste com os CSTRs complexos e de manutenção intensiva da técnica anterior, o reator de esterificação do segundo estágio 50 pode ser um vaso de reação simples e seguro que fornece pouca ou nenhuma agitação mecânica ao meio de reação nestes processados. Em uma forma de realização da presente invenção, menos do que cerca de 50 por cento, menos do que cerca de 25 por cento, menos do que cerca de 10 por cento, menos do que cerca de 5 por cento ou substancialmente nenhuma da agitação fornecida ao meio de reação no reator de esterificação do segundo estágio 50 é fornecida através de agitação mecânica. Em outra forma de realização, o reator de esterificação do segundo estágio 50 não é equipado com um agitador, como ilustrado na FIG. 2.
Em uma forma de realização, o calor fornecido dentro do reator de esterificação do segundo estágio 50 aumenta a temperatura do meio de reação em pelo menos cerca de 5o F (-15°C), pelo menos cerca de 10° F (-12°C) ou pelo menos 25° F (-3,8°C). Em geral, a temperatura de entrada do meio de reação pode ser na faixa de cerca de 200°C a cerca de 300°C, de cerca de 225°C a cerca de 280°C ou de 240°C a 270°C, enquanto a temperatura de saída pode ser na faixa de cerca de 230°C a cerca de 310°C, de cerca de 240°C a cerca de 290°C ou de 245°C a cerca de 5 275°C. A pressão do topo no reator de esterificação do segundo estágio 50 pode ser mantida em uma pressão menor do que cerca de 25 psig (172,4 kPa man.), menos do que cerca de 15 psig (103,4 kPa man.) ou menos do que 5 psig (34,5 kPa man.).
Como um resultado da esterificação realizada no reator de 10 esterificação do segundo estágio 50, a corrente que entra no reator de esterificação do segundo estágio 50 por intermédio da entrada de fluido 48 pode sofrer um aumento na conversão de pelo menos cerca de 2 pontos de porcentagem, pelo menos cerca de 5 pontos de porcentagem ou pelo menos 10 pontos de porcentagem entre entrada de fluido 48 e saída de líquido 52 do 15 reator de esterificação do segundo estágio 50. Tipicamente, a corrente que entra na entrada de fluido 48 do reator de esterificação do segundo estágio 50 pode ter uma conversão de pelo menos cerca de 70 por cento, pelo menos cerca de 75 por cento ou pelo menos 80 por cento, enquanto a corrente que sai reator de esterificação do segundo estágio 50 por intermédio do conduto 130 20 pode ter uma conversão de pelo menos cerca de 80 por cento, pelo menos cerca de 90 por cento, pelo menos cerca de 95 por cento ou pelo menos 98 por cento. Em geral, o tempo de residência do meio de reação no vaso de esterificação 50 pode ser maior do que cerca de 45 minutos, maior do que cerca de 60 minutos ou maior do que cerca de 70 minutos.
Voltando agora à configuração específica do reator de
esterificação do segundo estágio 50. Na forma de realização ilustrada na FIG. 2, o reator de esterificação do segundo estágio 50 é um vaso substancialmente cilíndrico, verticalmente alongado, não agitado com um diâmetro máximo (D) e um uma razão de altura para diâmetro (H:D) na faixa de cerca de 1.15:1 a cerca de 10:1 ou cerca de 1.25:1 a cerca de 8:1 ou 1.4:1 a 6:1. O reator de esterificação do segundo estágio 50 pode compreender uma parede de extremidade inferior 54, uma parede lateral substancialmente cilíndrica 56, e uma parede de extremidade superior 58, que respectivamente definem uma entrada de fluido 48, pelo menos uma saída de líquido 52, e uma saída de vapor 60. Em uma forma de realização, a parede lateral cilíndrica 56 pode compreender uma pluralidade da saídas de líquidos verticalmente espaçadas ilustradas na FIG. 2 como e saídas de líquidos superiores, médias e inferiores 52a, 52b, 52c. A entrada de fluido 48, saídas de líquidos 52a-c, e saída de vapor 60 podem ser espaçadas de uma da outra em uma maneira que maximiza a conversão do meio de reação que flui através do reator de esterificação do segundo estágio 50 com relação aos CSTRs da técnica anterior. Por exemplo, a entrada de fluido 48 pode estar posicionada em uma elevação mais baixa do que as saídas de líquidos 52a-c, e a saída de vapor 60 pode estar localizada em uma elevação mais superior do que as saídas de líquidos 52a-c. De acordo com uma forma de realização, a entrada de fluido 48 pode estar localizada na porção inferior (por exemplo, na terça-parte inferior), as saídas de líquidos 52ac podem estar localizadas nas porções médias e/ou superiores (por exemplo, a terça-parte média e/ou os dois-terços superiores), e a saída de vapor 60 pode estar localizada na porção de topo (por exemplo, na terça-parte do topo) do reator de esterificação do segundo estágio 50.
Se referindo agora à FIG. 3, em uma forma de realização, a entrada de fluido 48 e/ou saída de líquido 52 podem ser espaçadas radial e/ou circunferencialmente de uma da outra em uma maneira que maximiza a conversão do meio de reação no reator de esterificação do segundo estágio 50 25 com relação aos CSTRs convencionais. Como ilustrado na FIG. 3, o reator de esterificação do segundo estágio 50 pode definir um eixo central vertical de alongamento 62 a partir do qual a entrada de fluido 48 e/ou a saída de líquido 52 pode ser radialmente espaçada pelas respectivas distâncias r·, e rQ. Em uma forma de realização, Ti pode ser pelo menos cerca de 0,15 D, pelo menos cerca de 0,25 D ou pelo menos 0.4 D, onde “D” é a dimensão horizontal máxima do volume definido dentro do reator de esterificação 50. Em uma forma de realização, r0 pode ser pelo menos cerca de 0,4 D, pelo menos cerca de 0,45 D ou pelo menos 0,5 D. Além de ser radialmente espaçado do eixo central 62, a 5 entrada de fluido 48 e a saída de líquido 52 podem ser espaçadas circunferencialmente uma da outra por um ângulo Θ, como ilustrado na FIG.
3. Em uma forma de realização, Θ pode ser pelo menos cerca de 45°, pelo menos cerca de 90°, pelo menos cerca de 120° ou pelo menos cerca de 175°.
Novamente se referindo à FIG. 2, o reator de esterificação do 10 segundo estágio 50 pode fornecer calor ao meio de reação que flui através deste por intermédio de uma pluralidade de membros internos de transferência de calor verticalmente espaçados posicionados em geral acima da entrada de fluido 48 e abaixo da saída de vapor 60. Em uma forma de realização, os membros de transferência de calor podem ser os tubos de transferência de 15 calor. Os tubos podem ser organizados em dois ou mais grupos verticalmente espaçados, tais como um grupo superior, médio ou inferior 64a, 64b, e 64c como indicado na FIG. 2. Cada grupo de tubos de transferência de calor podem receber uma corrente de meio de transferência de calor aquecida (HTM) através das entradas de HTM superior, média ou inferior 20 correspondentes 66a, 66b, 66c. O HTM depois flui através dos tubos de modo a aquecer o meio de reação no reator de esterificação do segundo estágio 50. Em uma forma de realização da presente invenção, o coeficiente de transferência de calor associado com o aquecimento do meio de reação no reator de esterificação do segundo estágio 50 pode ser na faixa de cerca de 10 25 a cerca de 150 BTU por hora por pé quadrado por ° F (BTU/h.ft2.° F) (732,4 kcal/m2.h.°C), de cerca de 25 a cerca de 100 BTU/h.ft2.° F (122 a 488,3 kcal/m2.h.°C) ou de 35 a 80 BTU/h.ft2.° F (170,9 a 390,6 kcal/m2.h.°C). A quantidade total do calor transferido para o meio de reação no reator de esterificação do segundo estágio 50 pelos membros de transferência de calor pode ser na faixa de cerca de 100 a cerca de 5.000 BTU por libra do meio de reação (BTU/lb) (55,5 a 2775 kcal/kg), cerca de 400 a cerca de 2.000 BTU/lb (cerca de 222 a cerca de 1110 kcal/kg) ou 600 a cerca de 1500 BTU/lb (cerca de 333 a cerca de 832,5 kcal/kg). O HTM resfriado sai dos grupos superiores, 5 médios ou inferiores dos tubos de transferência de calor 64a-c por intermédio das respectivas saídas de HTM (não mostradas) e pode ser subsequentemente recirculado através do sistema de HTM.
O fluxo de HTM nos grupos de tubos de transferência de calor 64a-c pode ser controlado pelas válvulas HTM superiores, médias, e inferiores 68a, 68b, 68c. Em uma forma de realização da presente invenção, os grupos de tubos de transferência de calor 64a-c podem ser independentemente operados de modo que um ou mais grupos possam fornecer calor ao meio de reação no reator de esterificação do segundo estágio 50 enquanto um ou mais grupos fornecem não substancialmente nenhum calor. Operando um ou mais grupos de tubos de transferência de calor 64a-c independentemente pode aumentar a flexibilidade operacional do reator de esterificação do segundo estágio 50 com relação aos CSTRs da técnica anterior. Por exemplo, como ilustrado na FIG. 2, a válvula de HTM superior 68a pode ser fechada para deste modo prevenir o fluxo de HTM aquecido no grupo de tubos superior 64a quando o nível do meio de reação 72 no reator de esterificação do segundo estágio 50 é menor do que do grupo de tubos superior 64a. A capacidade do reator de esterificação do segundo estágio 50 operar com níveis variantes de meio de reação está em contraste direto com os CSTRs da técnica anterior, que em geral operam com um nível constante de meio de reação de modo a manter os tubos de transferência de calor completamente submersos em todos os tempos durante a operação.
Novamente se referindo à FIG. 2, um produto predominantemente de vapor pode sair do reator de esterificação do segundo estágio 50 por intermédio da saída de vapor 60. Em uma forma de realização da presente invenção, o produto predominantemente de vapor pode compreender água e/ou álcool, tal como, por exemplo etileno glicol. Após sair do reator de esterificação do segundo estágio 50, a corrente de vapor flui no conduto 128, onde em seguida pode ser direcionado para outro 5 processamento, armazenagem, e/ou distribuição.
Como ilustrado na FIG. 2, um produto líquido pode ser retirado do reator de esterificação do segundo estágio 50 por intermédio de um ou mais saídas de líquidos 52a-c. Em uma forma de realização em que um ou mais grupos de tubos de transferência de calor 64a-c são operados 10 independentemente, uma ou mais saídas de produto líquido correspondentes podem ser isoladas bem como usado as válvulas do produto 70a-c. Por exemplo, quando o nível do meio de reação 72 está abaixo do grupo de tubos de transferência de calor superior 64a e os tubos são isolados de fornecer calor como previamente descrito, a saída de líquido superior 52a pode ser 15 adicionalmente isolada fechando-se a válvula do produto superior 70a, como apresentado na FIG. 2. De modo similar, a capacidade de isolar independentemente uma ou mais saídas de líquidos fornece flexibilidade de operação adicional ao reator de esterificação do segundo estágio 50.
O produto líquido de esterificação sai do reator de esterificação do segundo estágio 50 por intermédio do conduto 130 e pode em seguida ser direcionado à armazenagem ou outro processamento, tal como, por exemplo, em uma seção de policondensação a jusante.
Faixas Numéricas
A presente descrição usa faixas numéricas para quantificar 25 certos parâmetros com relação à invenção. Deve ser entendido que quando as faixas numéricas são fornecidas, tais faixas devem ser interpretadas como fornecendo um suporte literal para as limitações reivindicadas que somente indicam o valor mais baixo da faixa bem como as limitações de reivindicação que somente indicam o valor mais alto da faixa. Por exemplo, uma faixa numérica divulgada de IOa 100 fornece um suporte literal para uma indicação reivindicada de “maior do que 10” (sem ligações superiores) e uma indicação reivindicada de “menos do que 100” (sem ligações inferiores).
Definições
Como aqui usado, os termos “a,” “o,” “os,” e “ditos”
significam um ou mais.
Como aqui usado, o termo “agitação,” se refere ao trabalho dissipado em um meio de reação fazendo com que o fluido flua e/ou se misture.
Como aqui usado, o termo “e/ou,” quando usado em uma lista
de dois ou mais itens, significa que qualquer um dos itens listados podem ser utilizados por si ou qualquer combinação de dois ou mais dos itens listados podem ser utilizados. Por exemplo, se uma composição é descrita como componentes de revestimento A, B, e/ou C, a composição podem conter A 15 sozinho; B sozinho; C sozinho; AeB em combinação; AeC em combinação; BeC em combinação; ou A, B, e C em combinação.
Como aqui usado, os termos “que compreende”, “compreende” e “compreendem” são termos de transição de extremidade aberta usados para a transição de um objeto citado antes do termo para um ou 20 mais elementos citados após do termo, onde o elemento ou elementos listados após do termo de transição não são necessariamente os únicos elementos que compõem o objeto.
Como aqui usado, os termos “contendo,” “contem,” e “contêm” têm os mesmo significado de extremidade aberta como “que compreende,” “compreende,” e “compreendem,” fornecido abaixo.
Como aqui usado, o termo “separação de destilação” se refere à separação de uma ou mais substâncias químicas de uma ou mais outras substâncias químicas com base nas volatilidades relativas das substâncias sendo separadas. Como aqui usado, os termos “tendo,” “tem,” e “ter” têm o mesmo significado de extremidade aberta como “que compreende,” “compreende,” e “compreendem,” fornecidos acima.
Como aqui usado, os termos “incluindo,” “inclui,” e “incluem” têm o mesmo significado de terminação aberta como “que compreende,” “compreende,” e “compreendem,” fornecido acima.
Como aqui usado, o termo, “agitação mecânica,” se refere à agitação de um meio de reação causada pelo movimento físico de um ou mais elementos rígidos ou flexíveis contra ou dentro do meio de reação.
Como aqui usado, o termo “meio de reação” se refere a qualquer meio submetido à reação química.
Como aqui usado, o termo “resíduo” se refere à porção que é o produto que resulta das espécies químicas em um esquema de reação particular, uma formulação subsequente ou produto químico, indiferente se a porção é atualmente obtida das espécies químicas.
Reivindicações Não Limitadas às Formas de Realização
Divulgadas
As formas preferidas da invenção descritas acima devem ser usadas apenas como ilustração, e não devem ser usadas em um sentido limitado para interpretar o escopo da presente invenção. As modificações às formas de realização exemplares, apresentadas acima, podem ser prontamente feitas por aqueles habilitados na técnica sem divergir com o espírito da presente invenção.
Os inventores por meio desta estabelecem sua intenção de contar com a Doutrina de Equivalentes para determinar e avaliar o escopo razoavelmente amplo da presente invenção como pertencente a qualquer dispositivo não materialmente divergente mas fora do escopo literal da invenção como apresentado nas seguintes reivindicações.

Claims (20)

1. Processo de produção de poliéster, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) submeter um meio de reação à esterificação em um reator de esterificação verticalmente alongado, e que citado reator de esterificação define um único vaso tendo uma entrada de fluido e pelo menos duas saídas separadas compreendendo um saída de líquido através da qual um meio de reação é descarregado do reator de esterificação e uma saída de vapor através da qual, o subproduto de esterificação de vapor é descarregado do reator de esterificação, e que dita saída de vapor é localizada no mesmo vaso em uma elevação mais superior que dita saída de líquido e que dito reator de esterificação fornece calor ao meio de reação dentro do reator de esterificação; e (b) o dito meio de reação no dito reator de esterificação é ou não mecanicamente agitado, ou se mecanicamente agitado, menos do que 50 porcento de dita agitação ao meio de reação é provido por agitação mecânica.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito meio de reação que entra na entrada de fluido tem uma conversão de pelo menos cerca de 70 por cento.
3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito meio de reação descarregado através da saída de líquido tem uma conversão final é de pelo menos cerca de 80 por cento.
4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a dita conversão inicial é de pelo menos cerca de 75 por cento e a dita conversão final é de pelo menos cerca de 85 por cento.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito reator de esterificação tem um razão de altura para diâmetro na faixa de cerca de 1, 15:1 a cerca de 10:1.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito reator de esterificação define uma entrada de fluido e uma saída de líquido, em que pelo menos uma primeira porção do dito meio de reação entra no dito reator de esterificação através da dita entrada de fluido, em que pelo menos uma segunda porção do dito meio de reação é descarregado do dito reator de esterificação através da dita saída de líquido, em que a dita entrada de fluido está localizada em uma elevação mais baixa do que a dita saída de líquido.
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dito reator de esterificação também compreende uma saída de vapor, em que um sub-produto da esterificação do vapor é descarregado do dito reator de esterificação através da dita saída de líquido, em que a dita saída de vapor está localizada em uma elevação mais superior do que dita saída de líquido.
8. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a dita entrada de fluido está localizada na terça-parte inferior do dito reator de esterificação, em que a dita saída de líquido está localizada nos dois-terços superiores do dito reator de esterificação.
9. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dito reator de esterificação define um eixo central vertical de alongamento, em que a dita saída de líquido é espaçada radialmente dos ditos eixos centrais.
10. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito reator de esterificação define uma entrada de fluido e uma pluralidade de saídas de líquido verticalmente espaçadas, em que pelo menos uma primeira porção do dito meio de reação entra no dito reator de esterificação através da dita entrada de fluido, em que pelo menos uma segunda porção do dito meio de reação é descarregado do dito reator de esterificação através de uma ou mais das ditas saídas de líquidos, em que a dita entrada de fluido está localizada em uma elevação mais baixa do que as ditas saídas de fluido.
11. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente aquecer o dito meio de reação no dito reator de esterificação durante a dita esterificação, o dito aquecimento é fornecido por uma pluralidade de membros de transferência de calor verticalmente espaçados, e que os ditos membros de transferência de calor verticalmente espaçados são capazes de serem independentemente operados de modo que um ou mais dos ditos membros de transferência de calor podem fornecer o aquecimento do dito meio de reação enquanto um ou mais outros dos ditos membros de transferência de calor não fornecem nenhum aquecimento do dito meio de reação.
12. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito meio de reação substancialmente não recebe nenhuma agitação mecânica durante a dita esterificação.
13. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tempo de residência do dito meio de reação no dito reator de esterificação é maior do que cerca de 45 minutos, e é realizada em uma temperatura na faixa de cerca de 200°C a cerca de 300°C.
14. Processo de produção de poliéster, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) submeter um primeiro meio de reação à esterificação em uma primeira zona de esterificação definida por um primeiro reator de esterificação tendo uma entrada de fluido, uma saída de fluido, e uma saída de vapor, para deste modo produzir um primeiro produto tendo uma conversão de pelo menos cerca de 70 por cento e um subproduto de vapor saindo do primeiro reator de esterificação através da saída de vapor em dito primeiro reator de esterificação; e (b) submeter pelo menos uma porção do dito primeiro produto a outra esterificação em uma segunda zona de esterificação definida por um segundo reator de esterificação tendo uma entrada de fluido e pelo menos duas saídas separadas compreendendo uma saída de líquido e uma saída de vapor para deste modo produzir um segundo produto tendo uma conversão de pelo menos cerca de 80 por cento descarregado a partir de segunda reator de esterificação através da saída de líquido no segundo reator de esterificação através da saída de vapor no segundo reator de esterificação, e que dito segundo reator de esterificação fornece calor ao meio de reação, e que o meio de reação em dito segundo reator de esterificação é ou não mecanicamente agitado, ou se mecanicamente agitado, menos do que cerca de 50 porcento de dita agitação ao meio de reação é provido por agitação mecânica.
15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dito segundo reator de esterificação define um eixo central vertical, em que o dito segundo reator de esterificação tem um diâmetro horizontal máximo (D), em que a dita saída de líquido do segundo reator de esterificação é espaçada radialmente pelo menos 0,4 D dos ditos eixos centrais e dita entrada de fluido do segundo reator de esterificação é espaçada radialmente pelo menos 0,15 D dos ditos eixos centrais, em que a dita entrada de fluido do segundo reator de esterificação e saída de líquido do segundo reator de esterificação são espaçadas circunferencialmente uma da outra por pelo menos cerca de 90 graus.
16. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dito segundo reator de esterificação define uma pluralidade da saídas de líquidos verticalmente espaçadas para descarregar pelo menos uma porção do dito segundo produto, em que a dita entrada de fluido do segundo reator de esterificação está localizada em uma elevação mais baixa do que das ditas saídas de líquidos do segundo reator de esterificação.
17. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dito meio de reação substancialmente não recebe nenhuma agitação mecânica no dito segundo reator de esterificação.
18. Dispositivo, caracterizado pelo fato de que compreende: um vaso de reação e uma pluralidade de tubos de transferência de calor verticalmente espaçados localizados no dito vaso de reação, em que o dito vaso de reação é alongado ao longo de um eixo central vertical de alongamento, em que o dito vaso de reação define uma entrada de fluido, uma pluralidade da saídas de líquidos verticalmente espaçadas, e uma saída de vapor, em que a dita entrada de fluido está localizada em uma elevação mais baixa do que da dita saída de vapor, em que as ditas saídas de líquidos estão localizadas em uma elevação acima da dita entrada de fluido e abaixo da dita saída de vapor, e dito vaso de reação não é equipado com um agitador mecânico.
19. Dispositivo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que também compreende um trocador de calor a montante e um vaso de desprendimento a montante, em que o dito trocador de calor a montante define uma entrada de trocador e um uma saída de trocador, em que o dito vaso de desprendimento a montante define uma entrada de fluido descarregado, uma saída de vapor descarregado, e uma saída de líquido descarregado, em que a dita saída de trocador e a dita entrada de fluido descarregado estão ligadas em comunicação de fluxo de fluido uma com a outra, em que a dita saída de líquido descarregado e a dita entrada de fluido do dito vaso de reação estão ligadas em comunicação de fluxo de fluido uma com a outra, em que a dita saída de líquido descarregado e a dita entrada de trocador são ligadas em comunicação de fluxo de fluido uma com a outra.
20. Dispositivo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o dito vaso de desprendimento é alongado horizontalmente.
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