BRPI0814612B1

BRPI0814612B1 - Processo, e, sistema de reator

Info

Publication number: BRPI0814612B1
Application number: BRPI0814612-8A
Authority: BR
Inventors: Bruce Roger Debruin; Thomas Lloyd Yount; Larry Cates Windes; Wesley Thomas Moyer
Original assignee: Grupo Petrotemex, S.A. De C.V.
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2022-05-17
Also published as: UA102525C2; WO2009009014A1; US20090018284A1; CN101687165A; KR101537424B1; US8227554B2; PT2175977T; BRPI0814612A8; LT2175977T; CN101687165B; KR20100038364A; CA2690720A1; EP2175977B1; US20110077353A1; TW200909049A; EP2175977A1; AR067468A1; RU2478423C2; BRPI0814612A2; CA2690720C

Abstract

PROCESSO,E, SISTEMA DE REATOR. Um sistema de reator operável para facilitar uma reação química em um meio de reação escoando através do mesmo. O sistema de reator inclui um trocador de calor para aquecer o meio de reação e um vaso de liberação para liberar vapor do meio de reação aquecido.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO 1. Campo técnico

Esta invenção refere-se a reatores para processamento de meios e reação contendo líquido. Em outro aspecto, a invenção refere-se a reatores de esterificação e policondensação usados para produção em fase fundida de poliésteres.

2. Descrição da técnica anterior

Polimerização em fase fundida pode ser usada para produzir uma variedade de poliésteres, como, por exemplo, polietileno tereftalato (PET). PET é muito usado em recipientes de bebidas, alimentos e outros, bem como, em fibras sintéticas e resinas. Avanços na tecnologia de processo acoplados à maior demanda tem levado a um mercado competitivo crescente para a produção e venda de PET. Por conseguinte, um processo de baixo- custo e alta eficácia para a produção de PET é desejável.

Geralmente, instalações de produção de poliéster em fase fundida, incluindo aquelas usadas para fabricar PET, empregam um estágio de esterificação e um estágio de policondensação. No estágio de esterificação, materiais brutos de polímeros (ou seja, reagentes) são convertidos em monômeros e/ou oligômeros de poliéster. No estágio de policondensação, monômeros de poliéster saindo do estágio de esterificação são convertidos em um produto de polímero tendo o comprimento de cadeia médio final desejado.

Em muitas instalações de produção de poliéster em fase fundida convencionais, esterificação e policondensação são executadas em um ou mais reatores mecanicamente agitados, como, por exemplo, reatores de tanque de agitação contínua (CSTRs). Entretanto, CSTRs e outros reatores agitados mecanicamente apresentam diversas desvantagens que podem resultar em maiores custos de capital, operacionais e/ou de manutenção para toda a instalação de produção de poliéster. Por exemplo, os agitadores mecânicos e vários equipamentos de controle tipicamente associados a CSTRs são complexos, dispendiosos e podem exigir manutenção extensiva.

Além disso, CSTRs convencionais freqüentemente empregam tubos de troca de calor internos que ocupam uma porção do volume interno do reator. Para compensar a perda no volume efetivo do reator, CSTRs com tubos de troca de calor internos exigem um maior volume geral, o que aumenta custos de capital. Além disso, serpentinas de troca de calor internas tipicamente associadas a CSTRs podem interferir, indesejavelmente, com os padrões de fluxo do meio de reação dentro do vaso, resultando, assim, em uma perda de conversão. Para aumentar a conversão de produto, muitas instalações de produção de poliéster convencionais tem empregado múltiplos CSTRs operando em série, o que aumenta ainda mais ambos os custos de capital e operacional.

Desse modo, há necessidade de um processo de poliéster de alta eficácia que minimize custos de capital, operacionais e de manutenção, enquanto mantendo ou realçando a qualidade do produto.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em um modo de realização da presente invenção, é provido um processo compreendendo: (a) aquecer um meio de reação inicial escoando ascendentemente através de um trocador de calor para, desse modo, prover um meio de reação aquecido; e (b) liberar vapor do meio de reação aquecido em um vaso de liberação horizontalmente alongado para, desse modo, prover um produto predominantemente líquido, em que pelo menos uma porção do vapor é um subproduto de uma reação química realizada no trocador de calor e/ou no vaso de liberação, em que o vaso de liberação tem uma relação comprimento para diâmetro (L:D) L:D) na faixa de cerca de 1,25:1 a cerca de 8:1.

Em outro modo de realização da presente invenção, é provido um processo de policondensação compreendendo: (a) aquecer um meio de reação inicial em um trocador de calor para, desse modo, prover um meio de reação aquecido em um vaso de liberação horizontalmente alongado para, desse modo, prover um produto predominantemente líquido, em que pelo menos uma porção de vapor é um subproduto de uma reação de policondensação executada no trocador de calor e/ou no vaso de liberação, em que o vaso de liberação tem uma relação comprimento para diâmetro (L:D) na faixa de cerca de 1,25:1 a cerca de 8:1.

Em outro modo de realização da presente invenção, é provido um processo de esterificação compreendendo: (a) aquecer um meio de reação inicial escoando ascendentemente através de um trocador de calor para, desse modo, prover um meio de reação aquecido; e (b) liberar vapor do meio de reação aquecido em um vaso de liberação horizontalmente alongado para, desse modo, prover um produto predominantemente líquido, em que pelo menos uma porção do vapor é um subproduto de uma reação de esterificação executada no trocador de calor e/ou no vaso de liberação.

Em outro modo de realização da presente invenção, é provido um sistema de reator compreendendo um trocador de calor vertical e um vaso de liberação horizontalmente alongado. O trocador de calor define uma entrada e uma saída de trocador. O vaso de liberação define uma entrada de alimentação, uma saída de vapor e uma saída de líquido. A entrada de alimentação é acoplada em comunicação fluídica com a saída do trocador de calor e o vaso de liberação tem uma relação comprimento para diâmetro (L:D) de cerca de 1,25:1 a cerca de 8:1. A saída de líquido é horizontalmente espaçada em pelo menos cerca de 1,25D da entrada de alimentação e a saída de líquido é verticalmente espaçada por menos do que cerca de 2D da entrada de alimentação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de reator configurado de acordo com um modo de realização da presente invenção e adequado para uso em uma instalação de produção de poliéster em fase fundida.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A figura 1 ilustra um sistema de reator exemplificativo configurado de acordo com um modo de realização da presente invenção. A configuração e operação do sistema de reator ilustrado na figura 1 estão descritas em detalhe abaixo. Embora certas porções da descrição a seguir se refiram primariamente a reatores empregados em um processo de produção de poliéster em fase fundida, sistemas de reatores configurados de acordo com os modos de realização da presente invenção podem ter aplicação em uma grande variedade de processos químicos. Por exemplo, sistemas de reator configurados de acordo com certos modos de realização da presente invenção podem ser vantajosamente, empregados em qualquer processo onde reações químicas ocorram na fase líquida de um meio de reação e um vapor seja produzido como resultado da reação química. Além disso, sistemas de reatores configurados de acordo com cetros modos de realização da presente invenção podem ser, vantajosamente, empregados em processos químicos que são realçados pelo aumento da área superficial do meio de reação.

Com referência à figura 1, é ilustrado um sistema de reator 10 compreendendo um trocador de calor 12 e um vaso de liberação 14.

O trocador de calor 12 compreende uma carcaça de trocador de calor verticalmente alongada 16 e um núcleo de trocador de calor 18 disposto na carcaça do trocador 16. A carcaça do trocador 16 compreende um membro tubular vertical 20 com um par de tampas terminais 22, 24 acopladas ao topo e base do membro tubular 20. Em certos modos de realização da presente invenção, o trocador de calor 12 pode ter uma relação altura/largura (H:W) na faixa de cerca de 1,25:1 a cerca de 40:1., cerca de 1,5: 1 cerca de 15:1, ou 2:1 a 8:1, em que H é a dimensão máxima interna de carcaça de trocador 16 medida na direção do alongamento da carcaça do trocador 16 e W é a dimensão máxima interna da carcaça do trocador 16 medida perpendicular à direção do alongamento da carcaça do trocador 16. Em certos modos de realização, H pode ficar na faixa de cerca de 1,5 a cerca de 30 metros, de cerca de 3 a cerca de 22,5m ou de 6 a cerca de 15m, enquanto W pode ficar na faixa de cerca de 0,3 a cerca de 15m, cerca de 0,6 a cerca de 9 metros, ou 1,2 a 6 metros.

O volume interno da carcaça de trocador 16 inclui uma zona inferior comum 26 e uma zona superior comum 28, separadas uma da outra pelo núcleo de trocador 18. A Cr 16 define uma entrada de trocador 16 e uma saída de trocador 32 definida na lateral do membro tubular 20, próxima ao topo da carcaça de trocador 16. A entrada do trocador 30 fica em comunicação fluídica com a zona inferior comum 26, enquanto a saída do trocador 32 fica em comunicação fluídica com a zona superior comum 28.

O núcleo de trocador 18 compreende uma extremidade inferior 34, uma extremidade superior 36, uma pluralidade de tubos de troca de calor 38, e uma pluralidade de defletores 40. As extremidades inferior e superior 34, 36 podem ser placas substancialmente planas que são vedantemente acopladas (por exemplo, soldadas) à parede interna da carcaça de trocador 16. Os tubos de troca de calor 38 são acoplados às extremidades inferior e superior 34, 36 e estendidos entre elas. As extremidades inferior e superior 34, 36 definem uma pluralidade de aberturas que correspondem às extremidades abertas de tubos 38, de modo que um fluido possa escoar ascendentemente através dos tubos 38 da zona inferior comum 26 para a zona superior comum 28. Desse modo, o único trajeto de fluxo de fluido entre as zonas comuns inferior e superior 26, 28 é via os tubos 38.

Uma zona do lado de carcaça 42 é definida no núcleo 18 entre as extremidades inferior e superior 34, 36 e fora dos tubos 38. A zona do lado de carcaça 42 é configurada para receber um meio de transferência de calor que troca calor com o fluido escoando ascendentemente através dos tubos 38.

Conforme mostrado na fig. 1, a carcaça de trocador 16 define uma entrada de meio de transferência de calor 48 para receber o meio de transferência de calor na zona de lado da carcaça 42 e uma saída de meio de transferência de calor 50 para descarregar o meio de transferência de calor para fora da zona de lado da carcaça 42. O meio de transferência de calor está ilustrado como escoando contra a corrente do meio de reação. Alguém experiente na técnica reconhecerá que, altemativamente, a carcaça de trocador 16 pode definir uma abertura 48 para descarregar o meio de transferência de calor para fora da zona de lado da carcaça 42 e uma abertura 48 para descarregar o meio de transferência de calor para fora da zona de lado de carcaça 42 (ou seja, o meio de transferência de calor pode escoar no sentido da corrente do meio de reação). Defletores 40 se estendem na zona de lado de carcaça 42 e são operáveis para fazer com que o meio de transferência de calor na zona de lado da carcaça 42 escoe através da zona de lado da carcaça 42 ao longo de um trajeto tortuoso. O trocador de calor 12 é operável para um meio de reação termal escoando ascendentemente através do núcleo de trocador 18, via troca de calor indireta com o meio de transferência de calor na zona de lado da carcaça 42. O meio de reação aquecido resultante sai do trocador de calor 12 via saída do trocador 32 e é, então, introduzido no vaso de liberação 14.

O vaso de liberação 14 compreende uma carcaça de vaso horizontalmente alongada 52 que inclui um membro tubular alongado 54 e um par de tampas terminais 56, 58 acopladas a extremidades opostas de membro tubular 54. A carcaça de vaso 52 define uma entrada de alimentação 60, uma saída de produto líquido, e uma saída de vapor 64. Em certos modos de realização da presente invenção, o vaso de liberação 14 tem uma relação de comprimento/diâmetro (L:D) na faixa de cerca de 1,5:1 a cerca de 6:1, ou na faixa de cerca de 2:1 e 4,5:1, em que L é dimensão máxima interna da carcaça de vaso 52 medida na direção de alongamento da carcaça de vaso 52 e D é a dimensão máxima interna da carcaça de vaso 52 medida perpendicular à direção de alongamento da carcaça de vaso 52. Em certos modos de realização, L pode ficar na faixa de cerca de 3 a cerca de 60 metros, ao redor de 6 a cerca de 45 metros, ou de 9 a 214 metros, enquanto D pode ficar na faixa de cerca de 0,3 a cerca de 15 metros, de cerca de 0,6 a cerca de 9 metros, ou de cerca de 1,2 a cerca de 6 metros.

Como ilustrado na figura 1, o trocador de calor 12 e o vaso de liberação 14 são localizados bem próximos um do outro. Desse modo, a distância entre a saída do trocador 32 e a entrada de alimentação 60 pode ser menor do que cerca de 5D, menor do que cerca de 2D, ou menor do que cerca de 1D. Além disso, no modo de realização ilustrado na figura 1, o trocador de calor 12 e o vaso de liberação 14 são diretamente acoplados um ao outro (ou seja, acoplados sem equipamento de processo interveniente localizado entre a saída do trocador 32 e a entrada de alimentação 60). Geralmente, a saída do trocador 32 e a entrada de alimentação 60 são acopladas uma à outra por uma conexão com flange convencional, com uma primeira metade da conexão com flange se estendendo da parede lateral da carcaça de trocador 16 e a segunda metade da conexão com flange se estendendo da tampa terminal 56 da carcaça de vaso de liberação 52.

A entrada de alimentação 60, saída de produto líquido 62, e saída de vapor 64 podem ser posicionadas para realçar a liberação de vapor/líquido no vaso de liberação 14. A distância horizontal entre a entrada de alimentação 60 e saídas de líquido e vapor 62, 64 pode ser de, pelo menos, cerca de 1,25D, pelo menos cerca de 1,5D, ou pelo menos cerca de 2D. A distância vertical entre a entrada de alimentação 60 e a saída de líquido 64 pode ser menor do que cerca de 2D, na faixa de cerca de 0,2D a cerca de 1D, na faixa de cerca de 0,25D a cerca de 0,75D, ou na faixa de cerca de 0,3D a 0,5D. A distância vertical entre a saída de produto líquido 62 e a saída de vapor 64 pode ser de, pelo menos, cerca de 0,5D, pelo menos cerca de 0,75D ou cerca de 1D. Como ilustrado na figura 1, o vaso de liberação 14 pode compreender também um defletor se estendendo descendentemente 66. O defletor 66 pode, geralmente, ser disposto entre a entrada de alimentação 60 e saída de vapor 64, mas mais próximo à saída de vapor 64 do que da entrada de alimentação 60. O defletor 66 pode se estender descendentemente do topo da carcaça de vaso 52 próximo à saída de vapor 64.

Embora a carcaça de trocador 16 e a carcaça do vaso de liberação 52 estejam ilustradas na figura 1 com tendo configurações substancialmente cilíndricas, deve ser notado que estas carcaças podem ter uma variedade de configuração de seção transversal (p°r exemplo, quadrada, retangular, oval etc.). Embora a carcaça de trocador 16 e tubos 38 sejam ilustrados na figura 1 como sendo alongados ao longo de um eixo vertical de alongamento, deve ser notado que o eixo de alongamento da carcaça de trocador 16 e tubos 38 não precisa ser perfeitamente vertical. Por exemplo, o eixo de alongamento da carcaça de trocador 16 e/ou tubos 38 pode ser orientado com cerca de 30 graus em relação à vertical, dentro de cerca de 15 graus em relação à vertical, ou dentro de 5 graus em relação à vertical. Embora a carcaça do vaso de liberação 52 esteja ilustrada na figura 1 como sendo alongada ao longo de um eixo horizontal de alongamento, deve se notado que o eixo de alongamento de carcaça do vaso de liberação 52 não precisa ser perfeitamente horizontal. Por exemplo, o eixo de alongamento de carcaça do vaso de liberação 52 pode ser orientado com cerca de 30 graus em relação à horizontal, dentro de 15 graus em relação a horizontal, ou dentro de 5 graus em relação à horizontal.

Como ilustrado na figura 1, o vaso de liberação 14 pode ser um vaso substancialmente vazio. Opcionalmente, o vaso de liberação 14 pode ser equipado com tubos internos de troca de calor, serpentinas internas de troca de calor, um encamisamento externo, e/ou aquecimento externo usado para aquecer o meio de reação no vaso de liberação 14. Em um modo de realização da presente invenção, menos do cerca de 50%, menos do que cerca de 25%, menos do que cerca de 10%, menos do que cerca de 5%, ou 0% do calor total adicionado ao meio de reação no vaso de liberação 14 é adicionado via tubos ou serpentinas internos de troca de calor.

Como mencionado acima, o sistema de reator 10 pode exigir pouca ou nenhuma agitação do meio de reação processado nele. Embora o meio de reação processado no sistema de reator 10 possa ser um pouco agitado em virtude do escoamento através do sistema de reator 10, esta agitação de fluxo não é agitação mecânica. Em um modo de realização da presente invenção, menos do que cerca de 505, menos do que cerca de 25%, menos do que cerca de 10%menos do que cerca de 5%, ou 0% da agitação total do meio de reação processado no trocador de calor 12 e/ou vaso de liberação 14 do sistema de reator 10 é provida por agitação mecânica. Desse modo, sistemas de reato configurados de acordo com certos modos de realização da presente invenção podem operar sem nenhum dispositivo de mistura mecânico. Isto está em contraste direto a reatores de tanque de agitação contínua (CSTRs) que empregam agitação mecânica quase exclusivamente.

A operação do sistema de reator 10 será descrita agora em detalhe. Em geral, o sistema de reator 20 pode ser empregado para facilitar uma reação química em um meio de reação pelo aquecimento do meio de reação no trocador de calor 12 e, depois, liberar vapor do meio de reação no vaso de liberação 14. Exemplos específicos de reações químicas que podem ser executadas no sistema de reator são providos adiante. Em geral, porém, o sistema de reator 10 pode ser usado para facilitar qualquer tipo de reação na qual (1) fornecimento de calor seja necessário, (2) a reação ocorra na fase líquida de um meio de reação, (3) vapor seja produzido pelo meio de reação, e (4) seja desejável liberar o vapor do meio de reação.

O processo executado no sistema de reator 10 pode ser iniciado pela introdução de um suprimento predominantemente líquido ao trocador no trocador de calor 12, via entrada do trocador 30. O suprimento ao trocador forma um meio de reação inicial 60 na zona inferior comum 28 do trocador de calor 12. O meio de reação inicial 68 é, então, passado ascendentemente através de tubos 38 do núcleo 18. Ao mesmo tempo, um meio de transferência de calor é circulado através da zona de lado da carcaça 42, da entrada do meio de transferência de calor 48 para a saída do meio de transferência de calor 50. O meio de transferência de calor pode escoar, geralmente, para baixo, através da zona de lado da carcaça 42 (ou seja, contra a corrente em relação à direção de fluxo do meio de reação 68 nos tubos 38). A medida que o meio de transferência de calor escoa através da zona de lado da carcaça 42, ele circunda e contata o lado externo dos tubos 38 para, desse modo, aquecer o meio de reação inicial 68 escoando ascendentemente através dos tubos 38. Desse modo, o meio de reação inicial 68 escoando ascendentemente através dos tubos 38 é aquecido por troca de calor indireta com o meio de transferência de calor na zona de lado da carcaça 42, produzindo, assim, um meio de reação aquecido 70 que sai pelo topo de núcleo 18 e entra na zona superior comum 28 do trocador de calor 12. O meio de reação aquecido 70 escoa, então, para fora do trocador de calor 12 via a saída do trocador de calor 32 e para o vaso de liberação 12, via entrada de alimentação 60.

No vaso de liberação 14, vapor é liberado do meio de reação aquecido 70. Vapor pode ser formado no trocador de calor 12 e/ou no vaso de liberação 14. Vapor 72 pode compreender um subproduto da reação química executado no sistema de reator 10 e/ou um componente volátil da alimentação do trocador que é vaporizada no sistema de reator 10.

Como ilustrado na figura 1, meio de reação aquecido 70 pode compreender uma porção predominantemente líquida 74 e uma porção de espuma 76. A porção de espuma 76 pode ser gerada no trocador de calor 12 e/ou no vaso de liberação 14. A despeito de se ou não o meio de reação aquecido 70 compreende uma porção de espuma, a porção predominantemente líquida 74 do meio de reação aquecido 70 escoa geralmente horizontalmente através da base do vaso de liberação 14 e para a Saída de líquido 62. A medida que a porção predominantemente líquida 74 do meio de reação aquecido 70 escoa através do vaso de liberação 14, vapor 72 escoa, geralmente, sobre o meio de reação aquecido 70 e para a saída de vapor 64.

O defletor 66, localizado próximo à saída de vapor 64, é configurado para assegurar que, substancialmente nenhuma espuma ou líquidos carreados saiam do vaso de liberação 14 via a saída de vapor 64. Além disso, o comprimento do vaso de liberação 14, velocidade de fluxo de líquido através do vaso de liberação 14, volume do vaso de liberação 14, área superficial do meio de reação aquecido 70, e profundidade do meio de reação aquecido 70 no vaso de liberação 14 ajudam a assegurar que, substancialmente nenhuma espuma saia do vaso de liberação 14 via saída de produto líquido 62. Geralmente, a profundidade máxima da porção predominantemente líquida 74 do meio de reação 70 no vaso de liberação 14 pode ser menor do que cerca de 0,75D, menos do que cerca de 0,6D, menor do que cerca de 0,5D ou menor do que cerca de 0,3D. Geralmente, a porção predominantemente líquida 74 do meio de reação 70 ocupa menos do que cerca de 50, menos do que cerca de 25, ou menos do que cerca de 15% do volume interno total do vaso de liberação. Após passar através do vaso de liberação 14, a porção predominantemente líquida 74 do meio de reação aquecido 70 sai do vaso de liberação 14 via a saída de produto líquido 62 como um produto predominantemente líquido, e o vapor 72 sai do vaso de liberação 14 via a saída de vapor 64.

Como indicado acima, sistemas de reatores de acordo com modos de realização de reatores da presente invenção podem ser usados em uma variedade de processos químicos. Em um modo de realização, um sistema de reator configurado de acordo com a presente invenção é empregado em uma instalação de produção de poliéster em fase fundida, capaz de produzir qualquer um dentre uma variedade de poliésteres a partir de uma variedade de materiais de partida. Exemplos de poliésteres em fase fundida que podem ser produzidos em conformidade com modos de realização da presente invenção incluem, mas não de modo limitativo, polietileno tereftalato (PET), que inclui homopolímeros e copolímeros de PET; poliésteres totalmente aromáticos ou líquidos cristalinos; poliésteres biodegradáveis, como aqueles compreendendo butanodiol, ácido tereftálico e resíduos de ácido adípico, homopolímero e copolímeros de poli(teraftalato de ciclohexano-dimetilmetileno) e homopolímeros e copolímeros de 1,4-ciclo- hexano-dimetanol (CHDM) e ácido dicarboxílico de ciclohexano ou dimetil ciclohexano dicarboxilato. Quando um copolímero de PET é produzido, este copolímero pode incluir pelo menos 90, pelo menos 91, pelo menos 92, pelo menos 93, pelo menos 94, pelo menos 95, pelo menos 96, pelo menos 97, pelo menos 98 porcento em mol de unidades de repetição de etileno tereftalato e até 10, até 9, até 8, até 7, até 6, até 5, até 4, até 3 ou até 2 porcento em mol de unidades de repetição de comonômeros adicionadas. Geralmente, as unidades de repetição de comonômero podem ser derivadas de um ou mais comonômeros selecionado do grupo consistindo de ácido isoftálico, ácido 2,6-naftaleno dicarboxílico, CHDM, e dietilenoglicol.

Em geral, um processo de produção de poliéster, de acordo com certos modos de realização da presente invenção pode incluir dois estágios principais:-um estágio de esterificação e um estágio de policondensação. No estágio de esterificação, os materiais de partida do poliéster, que podem compreender pelo menos um álcool e pelo menos um ácido, são submetidos à esterificação para, desse modo, produzir monômeros e/ou oligômeros de poliéster. No estágio de policondensação, os monômeros e/ou oligômeros de poliéster da fase de esterificação são reagidos para o produto de poliéster final. Conforme utilizado aqui em relação ao PET, os monômeros têm comprimentos da cadeia menores do que 3, os oligômeros têm comprimentos da cadeia de 7 até cerca de 50 (componentes com um comprimento da cadeia de 4 a 6 unidades podem ser considerados monômeros ou oligômeros) e os polímeros têm comprimentos da cadeia maiores do que cerca de 50. Um dímero, por exemplo, EG-TA-GE-TA-EG, tem um comprimento da cadeia de 2, e um trímero 3, e assim por diante.

O material de partida de ácido empregado na fase de esterificação pode ser um ácido dicarboxílico de modo que o produto de poliéster final compreenda pelo menos um resíduo de ácido dicarboxílico tendo átomos de carbono na faixa de cerca de 4 a cerca de 15, ou de 8 a 12. Exemplos de ácidos dicarboxílicos apropriados para o uso na presente invenção podem incluir, mas não de modo limitativo, ácido tereftálico, ácido itálico, ácido isoftálico, ácido naftaleno-2,6-dicarboxílico, ácido ciclohexanodicarboxílico, ácido diacético de ciclohexano, ácido difenil-4, 4’- dicarboxílico, ácido difenil-3, 4'-dicarboxílico, ácido 2,2,-dimetil-l,3- propanodiol dicarboxílico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido azelaico, ácido sebácico e suas misturas. Em um modo de realização, o material de partida de ácido pode ser um éster correspondente, como o dimetil tereftalato, em vez de ácido tereftálico.

O material de partida de álcool empregado no estágio de esterificação pode ser um diol, de modo que o produto de poliéster final possa incluir pelo menos um resíduo de diol, como, por exemplo, aqueles provenientes de dióis cicloalifáticos tendo átomos de carbono na faixa de cerca de 3 a cerca de 25, ou de 6 a 20 átomos de carbono. Dióis apropriados podem incluir, mas não de modo limitativo, etilenoglicol (EG), dietilenoglicol, trietilenoglicol, 1,4-ciclohexano-dimetanol, propano-1,3-diol, butano-1,4-diol, pentano-l,5-diol, hexano-1,6-3 diol, neopentilglicol, 3- metilpentanodiol-(2,4), 2-metilpentandiol-(l,4), 2,2,4 trimetilpentanodiol- (1,3), 2-etilhexanodiol-(l, 3), 2,2-dietilpropano-diol-(l,3), hexanodiol-(l,3), 1,4-di-(hidroxietoxi)-benzeno, 2,2-bis-(4-hidroxiciclohexil)-propano, 2,4- dihidroxi-1,1,3,3-tetrametil-ciclobutano, 2,2,4,4 tetrametil-ciclobutanodiol, 2,2-bis-(3- hidroxietoxifenil)- propano, 2,2-bis-(4-hidroxi-propoxifenil)- propano, isossorbida, hidroquinona, BDS-(2,2-(sulfonilbis) 4,1-fenilenooxi)) bis (etanol) e suas misturas.

Além disso, os materiais de partida podem compreender um ou mais comonômeros. Comonômeros apropriados podem incluir, por exemplo, comonômeros compreendendo ácido tereftálico, tereftalato de dimetila, ácido isoftálico, dimetil isoftalato, dimetil-2,6-naftalenodicarboxilato, ácido 2,6- naftaleno-dicarboxílico, etilenoglicol, dietilenoglicol, 1,4-ciclohexano- dimetanol (CHDM), 1,4-butanodiol, politetrametilenoglicol, trans-DMCD, anidrido trimelítico, dimetil ciclohexano-1,4 dicarboxilato, dimetil decalina-2, 6 dicarboxilato, dimetanol decalina, deca-hidronaftaleno 2,6-dicarboxilato, 2,6-dihidroximetil-deca-hidronaftaleno, hidroquinona, ácido hidroxibenzóico, e suas misturas.

Tanto o estágio de esterifícação, quanto o de policondensação de um processo de produção de poliéster em fase fundida podem incluir várias etapas. Por exemplo, o estágio de esterificação pode incluir uma etapa de esterifícação inicial para produzir um produto parcialmente esterificado que, em seguida, ser ainda mais esterificado em uma etapa de esterificação secundária. Além disso, o estágio de policondensação pode incluir uma etapa de pré-polimerização para a produção de um produto parcialmente condensado que é, então, submetido a uma etapa de finalização para, desse modo, produzir o produto de polímero final.

O sistema de reator configurado de acordo com certos modos de realização da presente invenção pode ser empregado em um sistema de produção de poliéster em fase fundida, como um reator de esterificação secundária para executar uma etapa de esterificação secundária, como um reator de pré-polímero para executar uma etapa de pré-polimerização, e/ou como um reator finalizador para executar uma etapa de finalização. Em um modo de realização, duas ou mais da segunda etapa de esterificação, a etapa de pré-polimerização, e a etapa de acabamento podem ser combinadas e executadas em um único sistema de reator construído de acordo com a presente invenção. Uma descrição detalhada das condições de processo para a presente invenção empregada como um sistema de reator de esterificação, um sistema de reator de pré-polímero, e/ou um sistema de reator de finalização é dada abaixo com referência à FIG. 1.

Com referência, novamente, à FIG. 1, quando o sistema de sistema de reator 10 é empregado como um sistema de sistema de reator de esterificação secundária em um processo de produção de poliéster em fase fundida (p°r exemplo, um processo para produzir PET), mais de uma reação química pode ser executada no sistema de sistema de reator 10. Por exemplo, apesar da esterificação poder ser a reação química principal executada no sistema de reator 10, uma certa quantidade de policondensação também pode ocorrer no sistema de reator 10. Quando o sistema de reator 10 é empregado como um sistema de reator de esterificação secundária, a alimentação introduzida na entrada de alimentação 30 do trocador de calor 12 pode ter uma conversão média na faixa de cerca de 70 a cerca de 95 porcento, de cerca de 75 a cerca de 90 porcento, ou de 80 a 88 porcento, enquanto o produto predominantemente líquido extraído da saída de produto líquido 62 do vaso de liberação 14 pode ter uma conversão média de pelo menos cerca de 80 porcento, pelo menos cerca de 90 porcento, pelo menos, cerca de 95 porcento, ou pelo menos 98 porcento. Geralmente, a reação de esterificação executada no sistema de reator 10 aumenta a conversão média do meio de reação processado no sistema de reator 10 por, pelo menos, cerca de 2 pontos percentuais, pelo menos, cerca de 5 pontos percentuais, ou pelo menos 10 pontos percentuais entre a entrada do trocador 30 e a saída de produto líquido 62. Além disso, o comprimento médio da cadeia da alimentação introduzida na entrada do trocador 30 do trocador de calor 12 pode ser menor do que cerca de 5, menor do que de cerca de 2 ou menor do que 1, enquanto o produto predominantemente líquido extraído da saída de produto líquido 62 do vaso de liberação 12 pode ter um comprimento médio da cadeia na faixa de cerca de 1 a cerca de 20, de cerca de 2 a cerca de 12 ou de 5 a 12. Geralmente, o comprimento médio da cadeia do meio de reação processado no sistema de reator 10 pode aumentar na faixa de cerca 1 a cerca de 20, de cerca de 2 a cerca de 15, ou de 5 a 12, entre a entrada do trocador 30 e a saída de produto líquido 62.

Quando o reator 10 é empregado como um reator de esterificação secundária em um processo de produção de poliéster em fase fundida, a alimentação do trocador pode entrar na entrada do trocador 30 a uma temperatura na faixa de cerca de 160° a cerca de 330°C, de cerca de 195° a cerca de 285°C, ou de 240° a 270°C, enquanto o meio de reação aquecido 70 escoando pela saída do trocador 32 pode ter uma temperatura na faixa de cerca de 180° a cerca de 350°C, de cerca de 215° a cerca de 305°C, ou de 260° a 290°C. Desse modo, o trocador de calor 12 pode ser usado para aumentar a temperatura do meio de reação inicial 68 por pelo menos cerca de 5°C, na faixa de cerca de 10 a cerca de 50°C, ou na faixa de cerca de 15 a 40°C. A quantidade de aquecimento provida pelo trocador de calor 12 pode estar na faixa de cerca de 55 a cerca de 2.750 cal/g (100 a 500 BTU/lb) de meio de reação, na faixa de cerca de 220 a cerca de 2.200 cal/g (400 a cerca de 2.00 BTU/lb), ou na faixa de 330 a 825/ cal/g ( 600 a 1.500 BTU/lb).

Quando o sistema de reator 10 é empregado como um reator de esterificação secundária, o meio de reação aquecido 70 pode entrar no vaso de liberação 14 via entrada 60, a uma temperatura na faixa de cerca de 180° a cerca de 350°C, de cerca de 215° a cerca de 305°C, ou de 260° a 290°C. O produto predominantemente líquido escoando pela saída de produto líquido 62 pode ter uma temperatura de cerca de 50°C, 25°C ou 10°C da temperatura do meio de reação aquecido 70 na entrada 60. Em um modo de realização, a temperatura do produto líquido escoando pela saída de produto líquido 24 pode estar na faixa de cerca de 180° a cerca de 350°C, de cerca de 215° a cerca de 305°C, ou de 260° a 290°C. A temperatura média do meio de reação 70 no vaso de liberação 14pode ser mantida na faixa de cerca de 180° a cerca de 350°C, de cerca de 215° a cerca de 305°C, ou de 260° a 290°C. A temperatura média do meio de reação 70 é a média de pelo menos três medidas de temperatura tomadas a intervalos iguais ao longo do trajeto de fluxo primário do meio de reação 70 através do vaso de liberação 14, em que as medições de temperatura são feitas perto da centróide da seção transversal da porção predominantemente líquida 74 do meio de reação 70 (ao contrário de perto da parede do vaso ou perto da superfície superior da porção predominantemente líquida). Quando o reator 10 é empregado como um reator de esterificação secundária, a pressão do espaço de vapor tanto no trocador de calor 12 como no vaso de liberação 14 (medida nas saídas 32 e 64, respectivamente) pode ser mantida a menos de cerca de 482,63 kPa man. (70 psig), na faixa de cerca de -27,58 a cerca de 69,95 kPa man. (-4 a 10 psig), ou na faixa de 13,79 a 34,47 kPa man. (2 a 5 psig).

Com referência, novamente, à FIG. 1, quando o sistema de reator 10 é empregado como um sistema de reator de pré-polímero em um processo de produção de poliéster em fase fundida (por exemplo, um processo para produzir PET), mais de uma reação química pode ser executada no sistema de reator 10. Por exemplo, embora a policondensação possa ser a reação química predominante executada no sistema de reator 10, uma certa quantidade de esterificação também pode ocorrer no sistema de reator 10. Quando o sistema de reator 10 é empregado como um reator de pré-polímero, o comprimento médio da cadeia da alimentação introduzida na entrada do trocador 30 do trocador de calor 12 pode estar na faixa de cerca de 1 a cerca de 20, de cerca de 2 a cerca de 15, ou de 5 a 12, enquanto o comprimento médio da cadeia do produto predominantemente líquido extraído da saída de produto líquido 62 do vaso de liberação 14 pode estar na faixa de cerca de 5 a cerca de 50, de cerca de 8 a cerca de 40, ou de 10 a 30. Geralmente o comprimento médio de cadeia do meio de reação processado no sistema de reator 10 pode aumentar por pelo menos cerca de 2, na faixa de cerca de 5 a cerca de 30, ou na faixa de 8 a 20, entre a entrada de trocador 30 e a saída de produto líquido 62.

Quando o sistema de reator 10 é empregado como um sistema de reator de pré-polímero em um processo de produção de poliéster em fase fundida, a alimentação do trocador pode entrar pela entrada do trocador 30 a uma temperatura na faixa de cerca de 200 a cerca de 330°C, de cerca de 245 a cerca de 285°C, ou de 250 a 270°C, enquanto o meio de reação aquecido 70 escoando pela saída do trocador 32 pode ter uma temperatura na faixa de cerca de 220 a cerca de 350°C, de cerca de 265 a cerca de 3 05°C, ou de 270 a 290°C. Desse modo, o trocador de calor 12 pode ser usado para aumentar a temperatura do meio de reação inicial 68 por pelo menos 5°C, na faixa de cerca de 10 a cerca de 50°C, ou na faixa de 15 a 40°C. A quantidade de aquecimento provida pelo trocador de calor 12 pode ficar na faixa de cerca de 55 a cerca de 2.250 cal/g (100 a cerca de 5.000 BTU/lb) de meio de reação, na faixa de cerca de 220 a cerca de 1100 cal/g (400 a cerca de 2.000 BTU/lb), ou na faixa de 330 a 825 cal/g (600 a 1.500 BTU/lb).

Quando o sistema de reator 10 é empregado como um reator de pré-polímero, o meio de reação aquecido 70 pode entrar no vaso de liberação 14 via a entrada 60 a uma temperatura na faixa de cerca de 220° a cerca de 350°C, de cerca de 265° a cerca de 305°C, ou 270° a 290°C. O produto predominantemente líquido saindo da saída de produto líquido 62 pode ter uma temperatura de cerca de 50°C, 25°C, ou 10°C da temperatura do meio de reação aquecido 70 entrando pela entrada 60. Em um modo de realização, a temperatura do produto líquido saindo da saída de produto líquido 62 está na faixa de cerca de 220° a cerca de 350°C, de cerca de 265° a cerca de 305°C, ou de 270° a 290°C. A temperatura média do meio de reação aquecido 70 no vaso de liberação 14 pode ser mantida na faixa de cerca de 0 a cerca de 40 kPa man. (70 psig), na faixa de cerca de 0,13 a cerca de 6,67 kPa man. (-4 a de cerca de 10 psig), ou no intervalo de 2,67 a 4 kPa man. (2 A 5 psig)-

Com referência, novamente, à FIG 1, quando o reator 10 é empregado como um reator de finalização no processo de produção de poliéster em fase fundida (p°r exemplo, um processo para produzir PET), o comprimento médio da cadeia da alimentação introduzida na entrada do trocador 30 do trocador de calor 12 pode estar na faixa de cerca de 5 a cerca de 50, de cerca de 8 a cerca de 40, ou de 10 a 30, enquanto o comprimento médio da cadeia do produto predominantemente líquido extraído da saída de produto líquido 62 pode estar na faixa de cerca de 30 a cerca de 210, de cerca de 40 a cerca de 80, ou de 50 a 70. Geralmente, o comprimento médio de cadeia do meio de reação processado no sistema de reator 10 pode fazer com que o comprimento médio da cadeia do meio de reação 60 pode aumentar por pelo menos cerca de 10, pelo menos cerca de 25, ou pelo menos cerca de 50 entre a entrada do trocador 30 e a saída de produto líquido 62.

Quando o sistema de reator 10 é empregado como um sistema de reator de finalização, a alimentação do trocador pode entrar na entrada do trocador 30 a uma temperatura na faixa de cerca de 200° a cerca de 330°C, de cerca de 245° a cerca de 285°C, ou de 250° a 270°C, enquanto o meio de reação aquecido 70 escoando pela saída do trocador 32 pode ter uma temperatura na faixa de 220 a cerca de 350°C, de cerca de 265 a cerca de 305°C, ou de 270 a 290°C. Desse modo, o trocador de calor 12 pode ser usado para aumentar a temperatura do meio de reação inicial 68 por pelo menos cerca de 5°C, na faixa de cerca de 10 a cerca de 50°C, ou na faixa de a 40°C. A quantidade de aquecimento provida pelo trocador de calor 12 pode ficar na faixa de cerca de 55 a cerca de 2.750 cal/g (100 a 5.000 BTU/lb) de meio de reação, na faixa de cerca de 220 a cerca de 1100 cal/g (400 a 2.000 BTU/lb), ou na faixa de 330 a 825cal/g (600 aa 1.500 BTU/lb).

Quando o sistema de reator 10 é empregado como um reator de finalização, o meio de reação aquecido 70 pode entrar no vaso de liberação 14 via entrada 60 a uma temperatura na faixa de cerca de 220° a cerca de 350°C, de cerca de 265° a cerca de 305°C, ou 270° a 290°C. O produto predominantemente líquido saindo da saída de produto líquido 62 pode ter uma temperatura de cerca de 50°C, 25°C, ou 10°C da temperatura do meio de reação aquecido 70 entrando na entrada 60. Em um modo de realização, a temperatura do produto líquido saindo da saída de produto líquido 62 está na faixa de cerca de 220° a cerca de 350°C, de cerca de 265° a cerca de 305°C, ou de 270° a 290°C. A temperatura média do meio de reação aquecido 70 no vaso de liberação 14 pode ser mantida na faixa de cerca de 0 a cerca de 40 kPa (0 a cerca de 30 torr), na faixa de cerca de 0,13 a cerca de 6,67 kPa ((0 a cerca de 20 torr),, ou no intervalo de 2,67 a 4 kPa (2 a cerca de 10 torr).

Sistemas de reatores configurados de acordo com modos de realização da presente invenção podem prover inúmeras vantagens quando empregados como reatores nos estágios de esterificação e/ou policondensação de um processo de produção de poliéster. Estes sistemas de reatores podem ser particularmente vantajosos quando empregados como reatores de esterificação secundária ou reatores de pré-polímero em um processo de produção de PET. Além disso, estes sistemas de reatores são bem apropriados para uso em instalações de produção de PET em escala comercial capaz de produzir PET a uma taxa de pelo menos cerca de 4,55t por hora, pelo menos cerca de 45,36t por hora, pelo menos, cerca de 113,38t por hora, ou pelo menos 226,79t por hora.

Em um modo de realização da presente invenção, é provido um processo compreendendo: (a) aquecer um meio de reação inicial escoando ascendentemente através de um trocador de calor para, desse modo, prover um meio de reação aquecido; e (b) liberar vapor do meio de reação aquecido em um vaso de liberação horizontalmente alongado para, desse modo, prover um produto predominantemente líquido, em que pelo menos uma porção do vapor é um subproduto de uma reação química realizada no trocador de calor e/ou no vaso de liberação, onde o vaso de liberação tem uma relação comprimento para diâmetro (L:D) na faixa de cerca de 1,25:1 a cerca de 8:1. As características descritas para o meio de reação, trocador de calor e vaso de liberação para o modo de realização mostrado na figura 1 se aplicam a este modo de realização.

Em um exemplo do processo, o vaso de liberação é diretamente acoplado ao trocador de calor. Adicionalmente o vaso de liberação pode ser espaçado por menos de 5D, menos do que 2D ou menos do que ID do trocador de calor.

Em um exemplo do processo, o vaso de liberação compreende um tubo substancialmente horizontal e um par de tampas terminais acopladas a extremidades opostas do tubo. Adicionalmente o vaso de liberação pode ter uma relação L:D menor do cerca de 10:1, na faixa de cerca de 1,25:1 a cerca de 8:1, na faixa de cerca de 1,5:1 a cerca de 6:1, ou na faixa de 2:1 a 4,5:1. Em um exemplo do processo, o meio de reação aquecido forma espuma no trocador de calor e/ou no vaso de liberação. O meio de reação aquecido que forma espuma pode compreender uma porção de espuma e uma porção predominantemente líquida, em que substancialmente nenhuma porção de espuma sai do vaso de liberação.

Em um exemplo do processo, a reação química compreende esterificação e/ou policondensação. A descrição detalhada do reator 10 da FIG. 1, empregado como um reator do segundo estágio de esterificação, pré- polimerização e/ou de finalização, dada acima, se aplica a este exemplo da presente invenção. Especificamente, as características da alimentação (por exemplo, conversão e/ou comprimento da cadeia), temperatura, pressão, aumento de conversão, aumento do comprimento médio da cadeia, características do produto, e qualquer entrada de calor, todas, se aplicam a este exemplo da presente invenção.

Em um exemplo, um produto é removido de uma saída de produto do reator, em que o meio de reação forma produto no reator. Além disso, quando a reação química compreende policondensação, o produto pode ser um produto de policondensação. O It.V. do produto, ou produto de policondensação pode estar na faixa de cerca de 0,3 a cerca de 1,2, de cerca de 0,35 a cerca de 0,6, ou de 0,4 a 0,5dL/g. Em um exemplo, o It.V. do produto, ou produto de policondensação está na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 0,5, de cerca de 0,1 a cerca de 0,4 ou de 0,15 a 0,35dL/g. Em um exemplo, uma alimentação é introduzida em uma entrada de alimentação do reator para formar o meio de reação e a It.V. da alimentação está na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 0,5, de cerca de 0,1 a cerca de 0,4, ou de 0,15 a 0,35 dL/g.

Os valores da viscosidade intrínseca (It.V.) são estabelecidos em unidades dL/g calculados a partir da viscosidade inerente medida a 25° C em 60% de fenol e 40%, de 1,1,2,2-tetracloroetano, por peso. Amostras de polímero podem ser dissolvidas no solvente a uma concentração de 0,25 g/50ml. A viscosidade das soluções de polímero pode ser determinada usando-se, por exemplo, um viscosímetro Rheotek Glass Capillary (viscosímetro capilar de vidro). Uma descrição do princípio operacional deste viscosímetro pode ser encontrada na ASTM D 4603. A viscosidade inerente é calculada a partir da viscosidade da solução medida. As equações a seguir descrevem estas medições da viscosidade da solução e os cálculos subsequentes para Ih.V. e de Ih.V. a It.V:

em que pinh = viscosidade inerente a 25°C a uma concentração de polímeros de 0,5g/100ml de 60% de fenol e 40%, de 1,1,2,2-tetracloroetano, por peso ln = logaritmo natural ts = tempo de escoamento da amostra através de um tubo capilar to = tempo de escoamento do solvente bruto através de um tubo capilar C = concentração de polímero em gramas por 100ml de solvente (0,50%)

A viscosidade intrínseca é o valor limite à diluição infinita da viscosidade específica de um polímero. Ela é definida pela seguinte equação:

em que T|int = viscosidade intrínseca pr = viscosidade relativa = ts/to psp = viscosidade específica = pr-1

A viscosidade intrínseca (It.V. ou pint) pode ser estimada usando-se a equação de Billmeyer, como a seguir:

A referência para estimar a viscosidade intrínseca (relação de Billmeyer) está em J. Polymer Sei., 4, pp. 83-86 (1949).

A viscosidade das soluções de polímero também pode ser determinada utilizando um Viscotek Modified Differential Viscometer (viscosímetro diferencial modificado) (uma descrição do princípio operacional dos viscosímetros de pressão diferencial pode ser encontrada na ASTM D 5225), ou outros métodos conhecidos por alguém experiente na técnica.

Em outro modo de realização da presente invenção, é provido um processo de policondensação compreendendo: (a) aquecer um meio de reação inicial para prover um meio de reação aquecido; e (b) liberar vapor do meio de reação aquecido em um vaso de liberação horizontalmente alongado, em que pelo menos uma porção do vapor é um subproduto de uma reação de policondensação realizada no trocador de calor e/ou no vaso de liberação, em que o vaso de liberação tem uma relação comprimento para diâmetro (L:D) menor do que 10:lna faixa de cerca de 1,25:1 a cerca de 8:1, na faixa de cerca de 1,5:1 a cerca de 6:1, ou na faixa de 2:1 a 4,5:1. As características descritas para o meio de reação, trocador de calor e vaso de liberação para o modo de realização mostrado na figura 1 aplicam-se a este modo de realização.

Em um exemplo do processo de polimerização, o comprimento de cadeia médio do meio de reação inicial introduzido no trocador de calor está na faixa de cerca de 1 a cerca de 20, de cerca de 2 a cerca de 15, ou de 5 a 12, em que o comprimento de cadeia médio do produto predominantemente líquido é de pelo menos 2, BA faixa de cerca de 5 a cerca de 30, ou de 8 a 20 maior do que do que o comprimento de cadeia médio do meio de reação inicial introduzido no trocador de calor.

Em um exemplo do processo de polimerização, a temperatura do meio de reação aquecido saindo do trocador de calor está na faixa de cerca de 220 e cerca de 350°C, de cerca de 265 e cerca de 3 05°C, ou de 270 a 290°C, e a pressão de espaço de vapor no vaso de liberação é mantida na faixa de cerca de 0 a cerca de 3,9 kPa (0 a 300 torr), de cerca de 0,13 a cerca de 6,6 kPa (0 a 55 torr), ou de 2,6 a 3,9 kPa(20 a 30 torr).

Em um exemplo do processo de polimerização, o produto predominantemente líquido compreende polietileno tereftalato pelo menos parcialmente formado pela reação de policondensação.

Em um exemplo do processo de polimerização, o vaso de liberação é diretamente acoplado ao trocador de calor e é espaçado por menos do que 5D, menos de 2D, ou menos do que ID do trocador de calor.

Em um exemplo do processo de polimerização, o material resistente a impacto escoa ascendentemente através de uma pluralidade de tubos substancialmente verticais do trocador de calor durante o aquecimento.

Em um exemplo do processo de polimerização, o vaso de liberação compreende um tubo substancialmente horizontal e um par de tampas terminais acopladas a extremidades opostas do tubo.

Em um exemplo do processo de polimerização, o vaso de liberação define uma entrada de alimentação para receber pelo menos uma porção do meio de reação aquecido, uma saída de vapor para descarregar pelo menos uma porção do vapor, e uma saída de líquido para descarregar pelo menos uma porção do produto predominantemente líquido, em que a saída de líquido a saída de vapor são horizontalmente espaçadas por pelo menos cerca de 1,25D, pelo menos cerca de 1,5D, ou pelo menos 2D da entrada de alimentação.

Em um exemplo do processo de polimerização, o meio de reação aquecido compreende uma porção predominantemente líquida, onde a profundidade máxima da porção predominantemente líquida no vaso de liberação é menos do que cerca de 0,75D, menor do que cerca de 0,6D, menor do que cerca de 0,5D, ou menos do que 0,3D.

Em um exemplo do processo de polimerização, o It.V da alimentação de policondensação fica na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 0,5, de cerca de 0,1 a cerca de 0,4, ou de cerca de 0,15 e cerca de 0,35dL/g. Em um exemplo, It.V do produto de policondensação fica na faixa de cerca de 0,3 a cerca de 1,2, de cerca de 0,35 a cerca de 0,6, ou 0,4 a o,5 dL/g.

Em outro modo de realização da presente invenção, é provido um processo de esterificação compreendendo: (a) aquecer um meio de reação inicial escoando ascendentemente através de um trocador de calor para, desse modo, prover um meio de reação aquecido; e (b) liberar vapor do meio de reação aquecido em um vaso de liberação horizontalmente alongado para, desse modo, prover um produto predominantemente líquido, em que pelo menos uma porção do vapor é um subproduto de uma reação de esterificação realizada no trocador de calor e ou vaso de liberação. As características descritas para o meio de reação, trocador de calor, e vaso de liberação para o modo de realização mostrado na figura 1 aplicam-se a este modo de realização.

Em um exemplo do processo de esterificação, a conversão média do meio de reação inicial introduzido no trocador de calor está na faixa de cerca de 70 a cerca de 95%, de cerca de 75 a cerca de 90%, ou de 80 a 88%, em que a conversão média do produto predominantemente líquido é de plm2, pelo menos cerca de 5, ou pelo menos de 10 pontos percentuais maior do que a conversão do meio de reação inicial introduzido no trocador de calor.

Em um exemplo do processo de esterificação, a temperatura do meio de reação aquecido saindo do trocador de calor está na faixa de cerca de 180 e cerca de 350°C, de cerca de 215 a cerca de 3 05°C, ou de 260 a 290°C, e a pressão do espaço de vapor no vaso de liberação é mantida a menos de cerca de 48 kPa man. (70 psig), de cerca de -28 kPa a cerca de 69 kPa man. (-4 a cerca de 10 psig), ou de 14 a 34 kPa (2 a 5 psig).

Em um exemplo do processo de esterificação, o produto predominantemente líquido compreender um oligômero de polietileno tereftalato.

Em um exemplo do processo de esterificação, o trocador de calor compreende uma pluralidade de tubos substancialmente verticais através dos quais o meio de reação inicial escoa durante o aquecimento.

Em um exemplo do processo de esterificação, o vaso de liberação compreende um tubo substancialmente horizontal e um par de tampas terminais acopladas às extremidades opostas do tubo.

Em um exemplo do processo de esterificação, o vaso de liberação tem uma relação comprimento para diâmetro (L:D) menor do que cerca de 1,5:1, na faixa de cerca de 1,25:1 a cerca de 8:1, na faixa de cerca de 1,5:1 e cerca de 6:1, ou na faixa de 2:1 a 4,5:1. Adicionalmente o vaso de liberação pode ser diretamente acoplado ao trocador de calor, onde o vaso de liberação é espaçado de menos de 5D, menos do que 2D ou menos de ID do trocador de calor. Além disso, o vaso de liberação pode definir uma entrada de alimentação para receber pelo menos uma porção do meio de reação aquecido, uma saída de vapor para descarregar pelo menos uma porção do vapor, e uma saída de líquido para descarregar pelo menos uma porção do produto predominantemente líquido, onde a saída de líquido é horizontalmente espaçada de pelo menos cerca de 1,25D, pelo menos cerca de 1,5D ou pelo menos cerca de 2D da entrada de alimentação, e a saída de vapor é horizontalmente espaçada por pelo menos cerca de 1,25D, pelo menos cerca de 1,5D, ou pelo menos 2D da entrada de alimentação.

Em um exemplo do processo de esterificação, o vaso de liberação tem uma relação 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, na faixa de cerca de 1,5:1 a cerca de 6:1, ou na faixa de cerca de 2:1 a 4,5:1. Adicionalmente o vaso de liberação pode ser diretamente acoplado ao trocador de calor, onde o vaso de liberação é espaçado de menos de 5D, menos de 2D, ou menos de 1D do trocador de calor. Além disso, o meio de reação aquecido pode compreender uma porção predominantemente líquida, onde a profundidade máxima da porção predominantemente líquida no vaso de liberação é menos do que cerca de 0,75D, menor do que cerca de 0,6D, menor do que cerca de 0,5D, ou menor do que 0,3D.

Em outro modo de realização ainda da presente invenção, é provido um sistema de reator compreendendo um trocador de calor vertical e um vaso de liberação horizontalmente alongado. O trocador de calor define uma entrada de trocador e uma saída de trocador. O vaso de liberação define uma entrada de alimentação, uma saída de vapor e uma saída de líquido. A entrada de alimentação é acoplada em comunicação fluídica com a saída do trocador e o vaso de liberação tem uma relação 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, na faixa de cerca de 1,5: 1 a cerca de 6:1, ou na faixa de 2:1 a 4,5:1. A saída de líquido é horizontalmente espaçada de pelo menos cerca de 1,25D, pelo menos cerca de 1,5D, ou pelo menos de cerca de 2D da entrada de alimentação e a saída de líquido é verticalmente espaçada por menos de cerca de 2D, na faixa de cerca de 0,2D a cerca de 1D, de cerca de 0,25D a cerca de 0,75D, ou 0,3D a 0,5D da entrada de alimentação. As características descritas para o meio de reação, trocador de calor, e vaso de liberação para o modo de realização mostrado na figura 1 se aplicam a este modo de realização.

Em um exemplo do sistema de reator, o vaso de liberação é diretamente acoplado ao trocador de calor, e a entrada de alimentação é espaçada por menos de 5D, menos de 2D, ou menos de 1D da saída de líquido.Em um exemplo do sistema de reator, a saída do trocador é localizada a uma elevação maior do que a entrada do trocador.

Em um exemplo do sistema de reator, o trocador de calor compreende uma pluralidade de tubos substancialmente verticais, onde o trocador de calor é operável para aquecer um fluido ascendentemente através dos tubos.

Em um exemplo do sistema de reator, a saída de líquido é verticalmente espaçada por menos do que cerca de 2D, na faixa de cerca de 0,2D a cerca de 1D, de cerca de 0,25 a cerca de 0,65D, ou de 0,3D a 0,5D abaixo da entrada de alimentação.

Em um exemplo do sistema de reator, o vaso de liberação compreende um tubo substancialmente horizontal, substancialmente reto e um par de tampas terminais acopladas a extremidades opostas do tubo. Adicionalmente uma das tampas terminais pode definir a entrada de alimentação.

Em um exemplo do sistema de reator, o vaso de liberação compreende um tubo substancialmente reto, substancialmente horizontal, e um par de tampas terminais acopladas a extremidades opostas do tubo e a saída de líquido é localizada próximo à base do tubo, onde a saída de vapor é localizada próximo ao topo do tubo.

Em um exemplo do sistema de reator, o vaso de liberação compreende um defletor se estendendo descendentemente, localizado geralmente entre a entrada de alimentação e a saída de vapor, onde o defletor é localizado mais perto da saída de vapor do que as entrada de alimentação.

Em um exemplo do sistema de reator, a relação L:D é menor do que cerca de 10:1, na faixa de cerca de 1,25:1 a cerca de 8:1, na faixa de cerca de 1,5:1 e cerca de 6:1, ou na faixa de 2:1 a 4,5:1.

Em um exemplo do sistema de reator o sistema de reator não compreende qualquer dispositivo de mistura mecânico.

Em um exemplo do sistema de reator, o vaso de liberação não compreende qualquer tubo de troca de calor.

Faixas Numéricas

A presente descrição usa faixas numéricas para quantificar determinados parâmetros relacionados à invenção. Deve ser entendido que quando são providas faixas numéricas, estas faixas devem ser interpretadas como provendo suporte literal para limitações de reivindicações que apenas se refiram ao valor mais baixo da faixa, bem como, limitações de reivindicações que apenas se refiram ao valor mais alto da faixa. Por exemplo, uma faixa numérica apresentada de 10 a 100 provê suporte literal para uma reivindicação referindo-se a "maior do que 10" (sem limites superiores) e para uma reivindicação referindo-se a "menor do que 100" (sem limites inferiores).

Definições

Conforme utilizado aqui, os termos "um(uma)", "o(a)", e "mencionado(a)" significam um ou mais.

Conforme utilizado aqui, o termo “agitação” se refere ao trabalho dissipado em um meio de reação provocando fluxo e/ou mistura de fluido.

Conforme utilizado aqui, o termo "e/ou," quando usado em uma lista de dois ou mais itens, significa que qualquer um dos itens listados pode ser empregado, por si só, ou qualquer combinação de dois ou mais dos itens listados pode ser empregada. Por exemplo, se uma composição é descrita como contendo os componentes A, B, e/ou C, a composição pode conter apenas A, apenas B, apenas C, A e B em combinação; A e C, em combinação, B e C, em combinação; ou A, B e C, em combinação.

Conforme utilizado aqui, o termo "comprimento médio da cadeia" significa o número médio de unidades de repetição no polímero. Para um poliéster, comprimento médio da cadeia, significa o número de repetições de unidades de ácido e de álcool. Comprimento médio da cadeia é sinônimo do número do grau médio de polimerização (DP). O comprimento médio da cadeia pode ser determinado por vários meios conhecidos daqueles peritos na técnica. Por exemplo, 1H-RMN pode ser usado para determinar diretamente o comprimento da cadeia com base em análise de grupo final, e a dispersão de luz pode ser usada para medir o peso molecular médio ponderado com correlações usadas para determinar o comprimento da cadeia. O comprimento da corrente é calculado frequentemente com base em correlações com medições de cromatografia de permeação em gel (GPC) e/ou medidas de viscosidade.

Conforme utilizado aqui, os termos "compreendendo" "compreende" e “compreender” são termos de transição de limite aberto utilizados para fazer a transição de um assunto referido antes do termo para um ou mais elementos referidos após o termo, em que o elemento ou mais elementos listados após o termo de transição não são necessariamente os únicos elementos que constituem o assunto.

Como usado aqui, os termos "contendo”, "contém" e "conter" têm o mesmo significado de limite aberto como "compreendendo", "compreende" e "compreender" provido abaixo.

Conforme utilizado aqui, o termo "conversão" é usado para descrever uma propriedade da fase líquida de uma corrente que tenha sido submetida à esterificação, onde a conversão da corrente esterificada indica o percentual dos grupos terminais de ácido originais que foram convertidos (ou seja, esterificados) para grupos de ésteres. A conversão pode ser quantificada como o número de grupos terminais convertidos (ou seja, grupos terminais de álcool), dividido pelo número total de grupos terminais (ou seja, grupos terminais de álcool mais ácido), expresso como uma percentagem.

Conforme utilizado aqui, o termo "diretamente acoplado" se refere a uma forma de acoplamento de dois vasos em comunicação de fluxo fluídica, um ao outro, sem o uso de um conector intermediário tendo um diâmetro substancialmente mais estreito do que os dois vasos.

Conforme utilizado aqui, o termo “esterificação” se refere tanto a esterificação quanto às reações de troca de ésteres.

Conforme utilizado aqui, os termos "tendo", "tem" e "ter" tem o mesmo significado de limite aberto como "compreendendo", "compreende" e "compreender", provido acima.

Conforme utilizado aqui, o termo "alongado horizontalmente” significa que a dimensão horizontal máxima é maior do que a dimensão vertical máxima.

Conforme utilizado aqui, os termos "incluindo", “inclui” e "incluir" têm o mesmo significado de limite aberto como "compreendendo", "compreende" e "compreender", provido acima.

Conforme utilizado aqui, o termo "agitação mecânica" se refere à agitação de um meio de reação provocada por movimentação física de um elemento(s) rígido ou flexível contra ou dentro do meio de reação.

Conforme utilizado aqui, o termo "área de fluxo aberto" se refere à área aberta, disponível para o fluxo de fluido, onde a área aberta é medida ao longo de um plano perpendicular à direção de fluxo através da abertura.

Conforme utilizado aqui, o termo "tubo" se refere a um membro tubular alongado substancialmente reto, tendo uma parede lateral geralmente cilíndrica.

Conforme utilizado aqui, os termos “polietileno tereftalato” e "PET" incluem homopolímeros de PET e copolímeros de PET.

Conforme utilizado aqui, os termos "copolímero de polietileno tereftalato" e "copolímero de PET" significam PET que foi modificado por até 10 porcento em mol, com um ou mais comonômeros adicionados. Por exemplo, os termos "copolímero de polietileno tereftalato" e "copolímero de PET" incluem PET modificado com até 10 porcento em mol de ácido isoftálico em uma base de 100 porcento em mol de ácido carboxílico. Em outro exemplo, os termos "copolímero de polietileno tereftalato" e "copolímero de PET" incluem PET modificado com até 10 porcento em mol de 1,4-dimetanol ciclohexano (CHDM) em uma base 100 porcento em mol de diol.

Conforme utilizado aqui, o termo "poliéster" não se refere apenas aos poliésteres tradicionais, mas também inclui os derivados de poliéster como, por exemplo, polieterésteres, poliéster amidas, e polieterésteres amidas.

Como usado aqui, "predominantemente líquido" significa mais do que 50 porcento em volume de líquido.

Conforme utilizado aqui, o termo "meio de reação" se refere a qualquer meio submetido à reação química.

Conforme utilizado aqui, o termo "resíduo" se refere à metade que é o produto resultante da espécie química em um esquema de reação particular ou formulação subsequente, ou produto químico, independentemente da metade ser realmente obtida das espécies químicas.

Conforme utilizado aqui, o termo “subproduto de vapor” inclui o vapor gerado por uma reação química desejada (ou seja, um co-produto de vapor) e qualquer vapor gerado por outras reações (ou seja, reações laterais) do meio de reação.

Conforme utilizado aqui, o termo "alongado verticalmente" significa que a dimensão vertical máxima é maior do que a dimensão horizontal máxima.

Reivindicações não limitadas aos modos de realização apresentados

Os modos de realização exemplificativos da invenção descritos acima são para ser utilizados apenas como ilustração, e não deveriam ser usado em um sentido limitativo para interpretar o escopo da invenção. Várias modificações aos modos de realização exemplificativos acima descritos poderiam ser facilmente feitas por aqueles peritos na técnica, sem se afastar do escopo da invenção, como estabelecido nas reivindicações a seguir.

Claims

1. Processo, caracterizado pelo fato de compreender: (a) introduzir um meio de reação inicial (68) em um trocador de calor (12), em que mencionado meio de reação inicial (68) compreende polietileno tereftalato (PET), (b) aquecer mencionado meio de reação inicial escoando ascendentemente através de mencionado trocador de calor (12) para, desse modo, prover um meio de reação aquecido (70); e (c) liberar vapor do mencionado meio de reação aquecido (70) em um vaso de liberação (14) horizontalmente alongado para, desse modo, prover um produto predominantemente líquido, em que pelo menos uma porção do mencionado vapor é um subproduto de uma reação de policondensação realizada no mencionado trocador de calor (12) e/ou no mencionado vaso de liberação (14), em que o mencionado vaso de liberação (14) tem uma relação comprimento para diâmetro (L:D) na faixa de 1,25:1 a 8:1 e em que o mencionado vaso de liberação (14) é diretamente acoplado ao mencionado trocador de calor (12).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do mencionado trocador de calor compreender uma pluralidade de tubos (38) substancialmente verticais através dos quais o mencionado meio de reação inicial (68) escoa durante o mencionado aquecimento.

3. Processo de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato do mencionado meio de reação aquecido (70) escoar substancialmente horizontalmente no mencionado vaso de liberação (14).

4. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato do mencionado meio de reação aquecido (70) formar espuma no mencionado trocador de calor (12) e/ou no mencionado vaso de liberação (14).

5. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato do mencionado vaso de liberação aquecido ser separado por menos de 5D do mencionado trocador de calor.

6. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato do comprimento de cadeia médio do mencionado meio de reação inicial (68) introduzido no mencionado trocador de calor (12) ficar na faixa de 1 a 20, em que o comprimento de cadeia médio do mencionado produto predominantemente líquido é, pelo menos 2 vezes maior do que o comprimento de cadeia médio do mencionado meio de reação inicial introduzido no mencionado trocador de calor (12).

7. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato da temperatura do mencionado meio de reação aquecido (70) introduzido no mencionado vaso de liberação (14) ser mantida na faixa de 220 a 350°C, em que a pressão de espaço de vapor no mencionado vaso de liberação (14) é mantida na faixa de 0 a 39,996 kPa (0 a 3000 torr).

8. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato do comprimento de cadeia médio do mencionado produto predominantemente líquido é pelo menos 10 vezes maior do que o comprimento de cadeia médio do mencionado meio de reação inicial (68) introduzido no mencionado trocador de calor (12).

9. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato do It.V do mencionado produto ficar na faixa de 0,1 a 0,5dL/g.

10. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato do mencionado produto predominantemente líquido compreender um polímero ou copolímero de poliéster que é pelo menos parcialmente formado pela mencionada reação de policondensação, e o mencionado polímero ou copolímero de poliéster compreender PET.

11. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato do mencionado PET ser um copolímero de PET compreendendo pelo menos 90 porcento em mol de unidades de repetição de comonômero de etileno tereftalato até 10 porcento de unidades de repetição de comonômero adicionado.

12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato das mencionados unidades de repetição de comonômero adicionado serem derivadas de um comonômero adicionado selecionado do grupo consistindo de ácido isoftálico, ácido 2,6-naftaleno-dicarboxílico, 1,4- ciclohexano-dimetanol, dietileno glicol, e combinações de dois ou mais dos mesmos.

13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato do mencionado comonômero adicionado compreender ácido isoftálico.

14. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato da mencionada reação de policondensação compreender esterificação.

15. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 5, 14, caracterizado pelo fato da conversão média do mencionado meio de reação inicial (68) introduzido no mencionado trocador de calor (12) ficar na faixa de 70 a 95 porcento, em que a conversão média do mencionado produto predominantemente líquido é de, pelo menos 2 pontos percentuais maior do que a conversão do mencionado meio de reação inicial (68) introduzido no mencionado trocador de calor (12).

16. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 5, 14 a 15, caracterizado pelo fato do comprimento de cadeia médio do mencionado produto predominantemente líquido ficar na faixa de 2 a 15.

17. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 5, 14 a 16, caracterizado pelo fato da temperatura do mencionado meio de reação aquecido (70) introduzido no mencionado vaso de liberação (14) ser mantida na faixa de 180 a 350°C, em que a pressão de espaço de vapor no mencionado vaso de liberação (14) é mantida a menos de 482.633 Pa man. (70 psig).

18. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 5, 14 a 17, caracterizado pelo fato do mencionado produto predominantemente líquido compreender um oligômero de polietileno tereftalato.

19. Sistema de reator (10) usado no processo como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender: um trocador de calor (12) vertical e um vaso de liberação (14) horizontalmente alongado, em que o mencionado trocador de calor (12) define uma entrada de trocador (16) e uma saída do trocador (32), em que o mencionado vaso de liberação (14) define uma entrada de alimentação (60), uma saída de vapor (64), e uma saída de líquido (62), em que a mencionada entrada de alimentação (60) é acoplada em comunicação fluídica com a mencionada saída do trocador (32), em que o mencionado vaso de liberação (14) tem uma relação de comprimento/diâmetro (L:D) na faixa de 1,25:1 e 8:1, em que a mencionada saída de líquido (62) é horizontalmente espaçada por pelo menos 1,25D da mencionada entrada de alimentação (60), em que a mencionada saída de líquido (62) é verticalmente espaçada por menos do que 2D da mencionada entrada de alimentação (60), e em que o mencionado vaso de liberação (14) é diretamente acoplado ao mencionado trocador de calor (12).