BRPI1014260B1

BRPI1014260B1 - Aparelho para medir meios de fluxo livre ou gases e uso do mesmo

Info

Publication number: BRPI1014260B1
Application number: BRPI1014260-6A
Authority: BR
Inventors: Sartorelli Lorenza; Perl Andreas; Gropp Udo; Selbach Arndt; Sohnemann Stefanie; Grömping Matthias; Mnich Norbert; Mertz Thomas
Original assignee: Evonik Röhm Gmbh
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2018-07-03
Also published as: JP2016222679A; US20120010430A1; RU2538260C2; CN102395422A; CN102395422B; TW201111042A; EP2421637A1; US20130211140A1; ES2424494T3; SG175776A1; EP2421637B1; BRPI1014260A2; US9169194B2; HK1167360A1; DE102009002592A1; SA110310293B1; JP2012524650A; RU2011147120A; TWI498164B; WO2010121882A1

Description

(54) Título: APARELHO PARA MEDIR MEIOS DE FLUXO LIVRE OU GASES E USO DO MESMO (51) Int.CI.: B01J 4/00 (30) Prioridade Unionista: 23/04/2009 DE 10 2009 002 592.8 (73) Titular(es): EVONIK ROHM GMBH (72) Inventor(es): LORENZA SARTORELLI; ANDREAS PERL; UDO GROPP; ARNDT SELBACH; STEFANIE SOHNEMANN; MATTHIAS GRÓMPING; NORBERT MNICH; THOMAS MERTZ

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para APARELHO

PARA MEDIR MEIOS DE FLUXO LIVRE OU GASES E USO DO MESMO.

A presente invenção refere-se à medição de meios ou gases de fluxo livre, e uso da mesma.

Ácido metacrílico e ésteres metacrílicos são produtos importantes na indústria química, que servem como materiais de partida para muitos produtos importantes. Um rendimento máximo e uma pureza particularmente alta acoplados com baixos custos de preparação são, portanto, essenciais para o sucesso econômico de um processo de preparação para esse produ10 to importante. Melhoras ainda relativamente pequenas com respeito aos rendimentos, as durações de serviço da planta ou características de processo similares, levam a um avanço significativo com respeito à quantidade de subprodutos indesejados e aos custos de preparação.

A metacrilamida usada para preparar ácido metacrílico pode, de preferência, ser obtida pelo que é conhecido como o processo ACH. Prosseguindo a partir de cianeto de hidrogênio e acetona, cianoidrina acetona é preparada em uma primeira etapa, e é então convertida em metacrilamida. Estas etapas são descritas, inter alia, em US 7.253.307, EP-A-1 666 451 e PCT/EP2007 059092.

Cianoidrina acetona é preparada por processos comumente conhecidos (ver, por exemplo, Ullmanns Enzyklopãdie der technischen Chemie, 4-Edição, Volume 7). Frequentemente, os reagentes usados são acetona e cianeto de hidrogênio. A reação é uma reação exotérmica. A fim de contrapor-se à decomposição da cianoidrina acetona formada nesta reação, o calor da reação é tipicamente removido por um aparelho apropriado. A reação pode em princípio ser conduzida como um processo em batelada ou como um processo contínuo; quando se prefere um método contínuo, a reação é frequentemente executada em um reator de loop correspondentemente configurado.

A cianoidrina acetona preparada por processos de preparação conhecidos diferentes é tipicamente submetida a um trabalho de destilação.

Isto envolve livrar a cianoidrina acetona bruta estabilizada de constituintes

2/16 de baixa ebulição por meio de uma coluna apropriada. Um processo de destilação apropriado pode, por exemplo, ser conduzido usando somente uma coluna. No entanto, do mesmo modo é possível, no caso de uma purificação correspondente de cianoidrina acetona bruta, usar uma combinação de duas ou mais colunas de destilação, também em combinação com um evaporador de filme em queda. Adicionalmente, é possível combinar dois ou mais evaporadores de filme em queda ou senão duas ou mais colunas de destilação uma com a outra.

A cianoidrina acetona bruta é geralmente transferida de armaze10 namento para a destilação com uma temperatura de cerca de 0 a cerca de 15°C, por exemplo, uma temperatura de cerca de 5 a cerca de 10°C. Em princípio, a cianoidrina acetona bruta pode ser introduzida diretamente dentro da coluna. No entanto, verificou-se ser útil em alguns casos quando a cianoidrina acetona resfriada bruta primeiramente absorve, por meio de um trocador de calor, algum do calor do produto já purificado por destilação. Portanto, em outra modalidade do processo descrito no presente, a cianoidrina acetona bruta é aquecida por meio de um trocador de calor para uma temperatura de cerca de 60 a 80°C.

A purificação por destilação de cianoidrina acetona é efetuada por meio de uma coluna de destilação tendo mais do que 5 e, preferivelmente, mais do que 10 bandejas, ou por meio de uma cascata de duas ou mais colunas de destilação correspondentemente apropriadas. O fundo da coluna é preferivelmente aquecido com vapor. Verificou-se ser vantajoso quando a temperatura de fundo não excede uma temperatura de 140°C; foi possível obter bons rendimentos e boa purificação quando a temperatura de fundo não é maior do que cerca de 130°C ou não maior do que cerca de 110°C. As figuras das temperaturas são baseadas na temperatura da parede do fundo da coluna.

A cianoidrina acetona bruta é suprida ao corpo da coluna no ter30 ço superior da coluna. A destilação é de preferência executada sob pressão reduzida, por exemplo, a uma pressão de cerca de 5 a cerca de 90 kPa (50 a cerca de 900 mbar), especialmente de cerca de 5 a cerca de 25 kPa (50 a

3/16 cerca de 250 mbar), e com bons resultados entre 5 e cerca de 15 kPa (50 e cerca de 150 mbar).

No topo da coluna, as impurezas gasosas, especialmente acetona e cianeto de hidrogênio, são extraídas, e as substâncias gasosas removi5 das são resfriadas por meio de um trocador de calor ou uma cascata de dois ou mais troeadores de calor. Neste contexto, dá-se preferência a usar resfriamento de salmoura com uma temperatura de cerca de 0 a cerca de 10°C. Isto dá aos constituintes aquosos dos vapores a oportunidade de condensar. O primeiro estágio de condensação pode se realizar, por exemplo, na pres10 são padrão. No entanto, é do mesmo modo possível e, em alguns casos, verificado ser vantajoso, quando este primeiro estágio de condensação é efetuado sob pressão reduzida, de preferência na pressão que existe na destilação. O condensado é passado para dentro de um vaso de coleta resfriado e coletado ali a uma temperatura de cerca de 0 a cerca de 15°C, es15 pecialmente a cerca de 5 a cerca de 10°C.

Os compostos gasosos que não condensam na primeira etapa de condensação são removidos do espaço de pressão reduzida por meio de uma bomba de vácuo. É possível, em princípio, usar qualquer bomba de vácuo. No entanto, verificou-se ser vantajoso em muitos casos quando uma bomba de vácuo que, devido a este projeto, não leva à introdução de impurezas líquidas dentro da corrente de gás é usada. Portanto, dá-se preferência no presente a usar, por exemplo, bombas de vácuo funcionando a seco.

A corrente de gás que escapa no lado da pressão da bomba é conduzida através de outro trocador de calor que é de preferência resfriado com salmoura e uma temperatura de cerca de 0 a cerca de 15°C. Isto condensa os constituintes que são do mesmo modo coletados no vaso de coleta que coleta os condensados já obtidos sob condições de vácuo. A condensação efetuada no lado da pressão da bomba a vácuo pode ser efetuada, por exemplo, por meio de um trocador de calor, mas também com uma cascata de dois ou mais troeadores de calor dispostos em série em paralelo. As substâncias gasosas restantes após esta etapa de condensação são removidas e enviadas para qualquer outra destilação, por exemplo, uma utilização

4/16 térmica.

Os condensados coletados podem do mesmo modo ser utilizados ainda de qualquer modo. No entanto, verificou-se ser extremamente vantajoso, de um ponto de vista econômico, reciclar os condensados dentro da reação para a preparação de cianoidrina acetona. Isto é feito de preferência em um ou mais pontos que possibilitam o acesso ao reator de loop. Os condensados podem, em princípio, ter qualquer composição com a condição de que eles não rompam a preparação de cianoidrina acetona. Em muitos casos, a quantidade predominante de condensado consistirá, no en10 tanto, em acetona e cianeto de hidrogênio, por exemplo, em uma relação molar de cerca de 2:1 a cerca de 1:2, frequentemente em uma relação de cerca de 1:1.

A cianoidrina acetona obtida a partir do fundo da coluna de destilação é primeiramente resfriada em um primeiro trocador de calor pela cia15 noidrina acetona bruta resfriada suprida a uma temperatura de cerca de 40 a cerca de 80°C. Subsequentemente, a cianoidrina acetona é resfriada por meio de pelo menos outro trocador de calor a uma temperatura de cerca de 30 a cerca de 35°C e opcionaimente armazenada intermediariamente.

Em outro elemento de processo, a cianoidrina acetona é subme20 tida a uma hidrólise. Em vários níveis de temperatura, e após uma série de reações, isto forma metacrilamida como o produto.

A conversão é realizada de um modo conhecido per se dos peritos na técnica por reação entre ácido sulfúrico concentrado e cianoidrina acetona. A reação é exotérmica, e assim o calor da reação pode ser removido do sistema em um modo vantajoso.

No presente também, a conversão pode ser executada novamente em um processo em batelada ou em processos contínuos. Verificouse que o último é, em muitos casos, vantajoso. Quando a reação é executada no decorrer de um processo contínuo, verifica-se que o uso de reatores de laço é útil. Os reatores de laço são conhecidos no campo da técnica. Estes podem ser configurados, por exemplo, na forma de reatores tubulares com reciclagem. A reação pode ser executada, por exemplo, somente em

5/16 um reator de loop. No entanto, pode ser vantajoso quando a reação é executada em uma cascata de dois ou mais reatores de laço.

Um reator de loop apropriado no contexto do processo descrito tem um ou mais sítios de alimentação para cianoidrina acetona, um ou mais sítios de alimentação para ácido sulfúrico, um ou mais separadores de gás, um ou mais trocadores de calor e um ou mais misturadores. 0 reator de loop pode compreender outros constituintes, tais como meios de transporte, bombas, elementos de controle, etc.

Conforme já descrito, a hidrólise de cianoidrina acetona com á10 cido sulfúrico é exotérmica. Em paralelo com a reação principal, várias reações laterais ocorrem que levam à diminuição do rendimento. Na faixa de temperatura preferida, a decomposição de cianoidrina acetona, do mesmo modo uma reação exotérmica e rápida, desempenha um papel significativo. O calor da reação que aumenta no decorrer da reação, no entanto, deve ser pelo menos substancialmente removido do sistema, desde que o rendimento caia com o aumento da temperatura de operação e o aumento do tempo de residência. É possível, em princípio, obter a remoção rápida e compreensiva de calor da reação com os trocadores de calor correspondentes. No entanto, também pode ser desvantajoso resfriar a mistura muito grandemente antes da adição medida de cianoidrina acetona, desde que alta turbulência seja necessária tanto para misturar como para a remoção de calor eficaz. Desde que a viscosidade da mistura que é agitada aumente significativamente com a temperatura em queda, a turbulência de fluxo cai correspondentemente, em alguns casos abaixo da faixa laminar, que leva o trocador de calor à re25 moção de calor menos eficaz, e à misturação mais lenta e menos homogênea quando a cianoidrina acetona é medida no mesmo.

O que é requerido é uma misturação rápida de cianoidrina acetona e da mistura da reação, desde que a cianoidrina acetona deve reagir antes de se decompor devido ao aquecimento. O gotejamento fino do rea30 gente, que significa uma grande área de interface específica, causa uma preferência para a reação desejada na superfície de gotículas com subsequente decomposição. Verificou-se que uma distribuição fina de cianoidrina

6/16 acetona é vantajosa, desde que a reação ocorra na superfície de gotículas.

Além do mais, temperaturas excessivamente baixas na mistura da reação podem levar à cristalização dos constituintes da mistura da reação nos trocadores de calor. Isto piora a transferência de calor, que causa um declínio significativo no rendimento.

Além do mais, o reator de loop não pode ser trocado com as quantidades ótimas de reagentes, e assim a eficácia do processo sofre em geral.

Portanto, é um objetivo da invenção melhorar o suprimento e a 10 distribuição fina de meios ou gases de fluxo livre em oleodutos ou reatores tubulares, e idealmente também para melhorar as operações de misturação.

Este objetivo é obtido por um aparelho de medir meios ou gases de fluxo livre, caracterizado em que um ou mais anéis de medição com sítios de medição [11] providos em oleodutos, reatores tubulares ou reatores de laço é usado.

Verificou-se surpreendentemente, que o fornecimento e a distribuição fina, possibilitados com o anel de medição de um meio ou gás de fluxo livre sobre a circunferência total do tubo ou da área de tubo em seção transversal, resultam em uma melhora significativa da operação de mistura20 ção. Grandes quantidades podem ser misturadas em uma distância curta.

O anel de medição da invenção pode ter várias modalidades. Por exemplo, os sítios de medição muito pequenos [11] podem ser incorporados no anel, ou alguns sítios de medição grandes (figura 1). Os sítios de medição também podem projetar-se através dos tubos [13] no interior do tubo (figura 2), e nas modalidades particulares também tubos de comprimentos diferentes.

O anel de medição pode ser resfriado ou aquecido de acordo com a tarefa de medição.

No presente, encontra-se outra vantagem do anel externo da in30 venção que não é aquecido pelo meio circundante, por exemplo, uma lança de medição inserida no tubo. Além disso, este anel pode ser usado para resfriar a cianoidrina acetona, que pode ser muito mais complicado em termos

7/16 de construção, por exemplo, em uma lança de medição.

Uma modalidade particular é um anel de medição em que a adição medida é efetuada sob pressão elevada.

O aparelho pode assumir qualquer forma tridimensional, e é pre5 ferivelmente construído na forma de um anel. Também é possível no presente usar anéis duplos ou múltiplos.

O anel de medição é particularmente apropriado para uso em processos contínuos. O anel de medição é preferivelmente usado na preparação contínua de metacrilamida por hidrólise de cianoidrina acetona com ácido sulfúrico. Um exemplo de outro campo de uso pode ser a preparação de cianoidrina acetona a partir de acetona e cianeto de hidrogênio.

De acordo com a invenção, a reação é efetuada continuamente em um reator tubular ou reator de loop. Os termos continuamente e reator tubular são conhecidos no campo técnico. Uma reação contínua é entendi15 da significar especialmente reações em que os reagentes são adicionados a e os produtos são removidos da mistura da reação durante um período prolongado. Os reatores tubulares compreendem pelo menos uma região tubular em que a reação pode prosseguir. Estes reatores têm tipicamente uma construção relativamente simples, e assim os custos de capitai são compa20 ravelmente baixos.

Os reagentes podem ser introduzidos no reator tubular por meio de uma bomba. Para prevenir a paralisação de operações relacionadas à manutenção, também é possível prover duas ou mais bombas que podem ser conectadas em paralelo. Vistos na direção de fluxo, os reagentes podem ser apropriadamente misturados com um anel de medição a montante das bombas, isto é, sobre o lado de sucção da bomba, e o sistema mais preferivelmente não tem quaisquer outros internos para misturar na região entre as bombas e o reator tubular. O anel de medição pode, no entanto, também ser parte da bomba e pode ser integrado no alojamento da bomba. Estas medi30 das podem obter vantagens surpreendentes com respeito à confiabilidade operacional e as durações de serviço da planta, e em relação ao rendimento e à pureza do produto.

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Os componentes da planta que entram em contato com as substâncias corrosivas, especialmente o reator tubular, as bombas e os separadores de fase, são construídos de materiais apropriados, por exemplo, um metal resistência a ácido, por exemplo, zircônio, tântalo, titânio ou aço inoxi5 dável, ou um meta! revestido que tem, por exemplo, uma camada de esmalte ou uma camada de zircônio. Adicionaimente, também é possível usar polímeros, por exemplo, componentes revestidos com PTFE, componentes grafitizados ou peças de grafite, especialmente nas bombas.

Em uma configuração do processo, parte do fluxo de volume de 10 uma corrente de cianoidrina acetona, de preferência cerca de dois terços a cerca de três quartos, é introduzida em um primeiro reator de loop. Um primeiro reator de loop tem de preferência um ou mais trocadores de calor, uma ou mais bombas, um ou mais elementos de misturação e um ou mais separadores de gás. Os fluxos de circulação que passam através do primei15 ro reator de loop estão de preferência na faixa de cerca de 50 a 650 m³/h, mais preferivelmente em uma faixa de 100 a 500 m³/h e adicionaimente preferivelmente em uma faixa de cerca de 150 a 450 m³/h. Pelo menos em outro reator de loop que segue a jusante do primeiro reator de loop, os fluxos de circulação estão preferivelmente em uma faixa de cerca de 40 a 650 m³/h, mais preferivelmente em uma faixa de 50 a 600 m³/h e adicionaimente preferivelmente em uma faixa de cerca de 60 a 350 m³/h. Além do mais, uma diferença de temperatura preferida no trocador de calor é cerca de 1 a 20°C, preferência particular sendo dada a cerca de 2 a 7°C.

O suprimento de cianoidrina acetona, de acordo com a invenção, através de um anel de medição, pode, em princípio, ser efetuado em qualquer lugar no reator de loop. No entanto, verifica-se ser vantajoso quando o suprimento é efetuado em um elemento de misturação, por exemplo, em um misturador com peças em movimento ou um misturador estático, ou em um sítio bem misturado. O ácido sulfúrico é vantajosamente suprido a montante da adição de cianoidrina acetona. De outro modo, no entanto, do mesmo modo é possível introduzir o ácido sulfúrico dentro do reator de loop em qualquer lugar.

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O anel de medição da invenção é usado para alimentar no meio, por exemplo, o ácido sulfúrico ou a cianoidrina acetona, logo a montante de ou em uma bomba. Assim, o fluxo altamente turbulento no alojamento da bomba é utilizado para misturar os reagentes, utilizando assim uma máquina transportando simultaneamente como uma máquina de misturação. A capacidade de misturação da bomba é, portanto, explorada de um modo vantajoso.

A relação dos reagentes no reator de loop é controlada de modo que um excesso de ácido sulfúrico está presente. O excesso de ácido sulfúrico é, baseado na relação molar dos constituintes, cerca de 1,8:1 a cerca de 3:1 no primeiro reator de loop, e cerca de 1,1:1 a cerca de 2:1 no último reator de loop.

Em alguns casos, verificou-se ser vantajoso conduzir a reação no reator de ioop com tal excesso de ácido sulfúrico. O ácido sulfúrico presente pode servir, por exemplo, como um solvente e manter a viscosidade da mistura da reação baixa, o que pode assegurar a remoção mais rápida do calor da reação e uma temperatura mais baixa da mistura da reação. Isto pode trazer vantagens de rendimentos significativas. A temperatura na mistura da reação é cerca de 85 a cerca de 150°C.

A remoção de calor é assegurada por um ou mais trocadores de calor no reator de loop. Verificou-se ser vantajoso quando os trocadores de calor possuem um sistema de sensor apropriado para ajustar a saída de resfriamento, a fim de prevenir o resfriamento excessivo da mistura da reação pelas razões mencionadas acima. Por exemplo, pode ser vantajoso medir a transferência de calor em certos pontos ou continuamente no trocador de calor ou nos trocadores de calor, e ajustar a saída de resfriamento dos trocadores de calor para os mesmos. Isto pode ser feito, por exemplo, através do resfriador propriamente dito. Também é igualmente possível obter o aquecimento correspondente da mistura da reação através da variação correspondente na adição dos reagentes através da geração de mais calor da reação. Uma combinação de ambas as possibilidades também é concebível. O reator de loop adicionalmente possui de preferência pelo menos um sepa10/16 rador de gás. O separador de gás pode ser usado primeiramente para extrair o produto formado continuamente a partir do reator de loop. Em segundo lugar, os gases formados no decorrer da reação podem assim ser extraídos a partir do espaço de reação. O gás formado é principalmente monóxido de carbono. A extração do produto a partir do reator de loop é de preferência transferida para um segundo reator de loop. Neste segundo reator de loop, a mistura da reação compreendendo ácido sulfúrico e metacrilamida como obtida pela reação no primeiro reator de loop é reagida com a subcorrente remanescente de cianoidrina acetona. No decorrer disto, o excesso de ácido sulfúrico a partir do primeiro reator de loop, ou pelo menos uma porção de ácido sulfúrico em excesso, reage com a cianoidrina acetona para formar mais sulfoxi-isobutiramida (SIBA). O desempenho desta reação em dois ou mais reatores de laço tem a vantagem de que, devido ao excesso de ácido sulfúrico no primeiro reator de loop, a capacidade de bombeamento da mis15 tura da reação e, portanto, a transferência de calor e por último o rendimento são melhorados. Novamente, pelo menos um elemento de misturação, pelo menos um trocador de calor e pelo menos um separador de gás são dispostos dentro do segundo reator de loop. A temperatura da reação no segundo reator de loop é do mesmo modo cerca de 90 a cerca de 120°C.

O problema da capacidade de bombeamento da mistura da reação, da transferência de calor e de uma temperatura da reação muito baixa aplica-se muito em cada outro reator de loop conforme faz no primeiro. Portanto, o segundo reator de loop possui muito vantajosamente um trocador de calor, a saída de resfriamento do qual pode ser regulada por meio de um sistema de sensor correspondente.

Novamente, a cianoidrina acetona é suprida em um elemento de misturação apropriado, de preferência em um misturador estático do anel de medição da invenção. O produto pode ser extraído do separador de gás do segundo reator de loop, e pode ser aquecido a uma temperatura de cerca de

130 a cerca de 180°C para completar a conversão e formar a metacrilamida.

O aquecimento é de preferência executado de um modo que a temperatura máxima é obtida somente durante um período muito curto, por

11/16 exemplo, durante um período de cerca de um minuto a cerca de 30 minutos, especialmente durante um período de cerca de dois a cerca de oito minutos ou cerca de três a cerca de cinco minutos. Isto pode, em princípio, ser efetuado em qualquer aparelho desejado para obter essa temperatura durante tal período curto. Por exemplo, a energia pode ser suprida de um modo convencional por meio de energia elétrica ou por meio de vapor. No entanto, é igualmente possível suprir a energia por meio de radiação eletromagnética, por exemplo, por meio de micro-ondas.

Verificou-se ser vantajoso em vários casos quando a etapa de 10 aquecimento é efetuada em um trocador de calor com um arranjo de dois estágios ou de múltiplos estágios de bobinas de tubo que podem de preferência estar presentes em um arranjo pelo menos duplo, oposto. A mistura da reação é aquecida rapidamente a uma temperatura de cerca de 130 a

180°C.

A solução de amida assim obtenível tem geralmente uma temperatura de mais do que 100°C, tipicamente uma temperatura de cerca de 130 a 180°C. O resfriamento para uma temperatura menor do que 130°C é do mesmo modo possível.

Além do uso do aparelho da invenção em processos químicos, existem muitos outros usos possíveis.

Por exemplo, o anel de medição também pode ser usado em oleodutos por terra para transporte de óleo mineral. Os melhoradores de fluxo têm que ser adicionados ao óleo bruto em intervalos regulares. Nestes sítios de alimentação, o melhorador de fluxo é geralmente adicionado através de um bocal. O grande volume de fluxo força o meio medido primeiramente para dentro do tubo e a conversão prossegue fracamente e somente por uma longa distância. Com o anel de medição da invenção, é possível assegurar que o melhorador de fluxo é adicionado ao óleo bruto ao longo de toda a seção transversal do tubo.

Uma aplicação similar são as adições de produtos químicos necessários na extração de óleo e gás.

A invenção ainda provê o uso do dispositivo de medição da in12/16 venção nos processos químicos, preferivelmente nos processos em que misturação rápida e distribuição fina de um meio são requeridas. Idealmente, no ponto da adição medida, o meio suprido é reagido ou misturado completamente com o meio fluido passado. No caso de adição medida, por exemplo, de uma gota ou líquido, até misturação fina com o outro meio, uma distância mínima deve ser coberta para o ponto de misturação.

Verificou-se que o anel de medição da invenção possibilita uma misturação ou conversão quase ideal no caso de meios de suprimento ou de fluxo livre ou gases em um sítio de alimentação.

Comparada ao aparelho de medição convencional que tem um sítio de medição, distribuição mais homogênea através da seção cruzada do tubo é efetuada no caso do aparelho de medição da invenção através de um anel com uma pluralidade de sítios de medição. Isto melhora significativamente o resultado da misturação e simultaneamente encurta o tempo de misturação. A parede interna do anel de medição é permeada por qualquer número de canais de injeção. De preferência, 2 a 20 e mais preferivelmente 16 canais de injeção dispostos homogeneamente sobre a circunferência são usados. Estes podem, individualmente ou em comum, ser inclinados com respeito à parede interna do oleoduto a um ângulo de 1° a 179°C, preferi20 velmente de 20° a 120°, mais preferivelmente de 60°. No caso de aparelho de medição conhecido com um sítio de medição, o fluxo forte dentro do tubo tem o resultado de que o meio medido é forçado para a parede do tubo pelo meio de fluxo passado, e, portanto, somente fraca misturação, se alguma, ocorre. Estes sítios de medição, portanto, não podem ser usados simultane25 amente para misturação. A jusante dos sítios de medição, as operações de misturação têm adicionalmente que ser iniciadas. Isto é feito pela incorporação de elementos de misturação estáticos ou a incorporação de bombas ou semelhantes.

Os métodos conhecidos de adição medida ao longo de um tubo com uma pluralidade de sítios de medição são inapropriados para muitos processos químicos, desde que a conversão química é adversamente afetada pela longa distância de misturação. A longa distância de misturação re13/16 sulta em decomposição térmica, e o rendimento é assim piorado.

É possível dispensar o uso de elementos de misturação estáticos que, no caso do uso de meios corrosivos, têm adicionalmente que ser trocados regularmente e, portanto, levam a tempos de paralisação. O uso de elementos de misturação estáticos sempre leva também a quedas de pressão indesejadas.

É particularmente vantajoso instalar o anel de medição a montante de uma bomba. Idealmente, o anel de medição é posicionado diretamente a montante do fragmento de sucção da bomba de circulação. Assim, é possível utilizar as turbulências na bomba de misturação.

É igualmente possível usar o-anel de medição na bomba centrífuga, idealmente fechar no ponto em que a energia cinética é maior, a fim de realizar uma misturação ideal. A adição medida no centro da bomba leva ao efeito de que a distância da saída da bomba é longa e, portanto, a distância de misturação também é longa.

Em casos especiais, é possível dispensar um misturador de uma bomba através do uso do anel de medição.

Por exemplo, o suprimento de um gás, opcionalmente de um gás inerte, pode gerar turbulência no meio que flui através do tubo. Assim, é possível prevenir a sedimentação de uma suspensão por fluxo laminar dentro do tubo.

Uma distribuição ampla e homogênea por toda a seção transversal de um tubo pode ser obtida em virtude dos sítios de medição ou tubos do anel de medição serem de comprimentos diferentes. Assim, é possível medir o reagente no interior do tubo de um modo controlado.

O aparelho de medição da invenção tem um amplo espectro de aplicação, sempre que adição medida rápida e/ou homogênea de meios de fluxo livre ou gases é requerida. A medição é possível em líquidos com viscosidade baixa ou alta, mas também em suspensões, emulsões, gases, etc.

Ela também é usada em sistemas químicos tais como oleodutos ou reatores tubulares. O anel de medição serve como um aparelho e/ou misturador de medição.

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Em uma aplicação particularmente preferida, o anel de medição é usado na hidrólise de cianoidrina acetona com ácido sulfúrico para dar metacrilamida.

A invenção é ilustrada em detalhe pelos desenhos que seguem:

A figura 1 é uma seção através de uma seção de oleoduto com o anel de medição instalado.

A figura 2 é um diagrama parcial aumentado de uma modalidade modificada.

Listagem de números de referência

Oleoduto

Flange de tubo

Vedações

Anel de medição

Meios de preensão

Câmara distribuidora de 4

Fragmento de alimentação para o fluido F

Injeção

Parede interna do anel de medição 4

Canais de injeção (sítios de medição)

Parede interna de 1

Tubos

Colar de parada para 13

Borda de saída em 13

Ponto de medição d Diâmetro do canal de injeção 11

D Diâmetro externo do tubo 13 α Ângulo

Y Projeção radial de 13, 15

M Meio

F Fluido

Os desenhos mostram dois exemplos de trabalho do anel de

15/16 medição da invenção.

De acordo com a figura 1, o anel de medição da invenção 4 é montado através dos meios de preensão 5 mostrados esquematicamente em um oleoduto 1 através do qual um meio M flui, entre dois fianges de tubo

2 e duas vedações 3.

O anei de medição 4 tem uma câmara distribuidora periférica 6 que é suprida com o fluido F a ser medido pelos dois fragmentos de alimentação 7 e 8.

A parede interna 10 do anel de medição 4 é permeada preferi10 velmente por dezesseis canais de injeção 11 distribuídos homogeneamente sobre a circunferência. Estes são, novamente de preferência, inclinados a um ângulo α de 60° com respeito à parede interna 12 do oleoduto 1.

Isto assegura injeção homogênea 9 do fluido F no fluxo do meio M.

A solução de acordo com a figura 2 visa a inserir nos canais de injeção 11 os tubos 13 que têm uma projeção radial Y com respeito à parede interna 12 do oleoduto 1.

Neste caso, a extremidade do tubo 13, que assim se estende um pouco para dentro do fluxo do meio M, constitui o ponto de medição 16.

Isto otimiza a introdução do fluido F no fluxo do meio M, de um modo que o fluido F não pode correr ao longo da parede interna 12 do oleoduto 1, e a gotícula é rasgada somente no fluxo médio como tal no ponto de medição 16, devido ao fluxo do meio M em torno das bordas de saída 15 do tubo 13.

A fim de que os tubos 13 não possam ser comprimidos dentro da câmara distribuidora 6, um colar de parada 14 é provido, o qual é formado pela diferença de diâmetro entre o diâmetro d do canai de injeção 11 e o diâmetro externo D do tubo 13.

Esta característica de construção resulta na montagem racional dos tubos de medição 13, enquanto simultaneamente assegurando a posição predeterminada da distância radial Y do ponto de medição 16 a partir da parede interna 12 do oleoduto 1.

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Os exemplos dados a seguir são dados para uma ilustração melhor da presente invenção, mas não são capazes de restringir a invenção às características divulgadas no presente documento.

EXEMPLOS

Em vários testes de operação, determinações de rendimento foram realizadas. Esta experiência determinou o efeito do anel de medição.

O rendimento foi determinado em um regime de processo com o anel de medição e uma bomba a jusante como um misturador dinâmico, comparado ao misturados estático convencionalmente usado. A bomba está disposta imediatamente depois (conectada a jusante de) do anel de medição na direção do fluxo. O anel de medição é flangeado (montado) diretamente sobre o bocal de sucção da bomba, a fim de assegurar um caminho muito curto de ACH antes de misturar e, assim, obter misturação muito rápida. A bomba, no regime de processo com o anel de medição da invenção, é uma bomba de circulação, que é usada em um reator de loop tipicamente para circulação da mistura de amida.

Os rendimentos obtidos são comparados no gráfico A. Vários parâmetros de teste variaram, e os rendimentos foram determinados por amostragem e análise da mistura de amida.

A maioria das medições dá um aumento em rendimento. As diferentes de rendimento positivas até 3,2% mostram uma melhora nos rendimentos como resultado do uso do anel de medição.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

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1. Aparelho para medir meios de fluxo livre ou gases, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um anel de medição com locais de medição (11) providos em tubulações, reatores tubulares ou reato5 res de loop, em que o anel de medição está no lado externo e tem uma câmara de distribuição periférica (6), e a parede interna do anel de medição é penetrada por 2 a 20 canais de injeção.

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I

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Diferença de rendimento [anel de medição - misturador estático]

Comparação de rendimentos: anel de medição versus misturador estático

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os locais de medição podem ser implementados em uma ampla

10 variedade de orientações e comprimentos diferentes.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os meios de fluxo livre ou gases são adicionados através dos locais de medição em pressão elevada.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo 15 fato de que a temperatura do anel de medição é controlada.

5. Uso de um aparelho de medição, como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é em processos químicos com operações de misturação rápidas.

6. Uso de um aparelho de medição, como definido na reivindica20 ção 4, caracterizado pelo fato de que é para preparar metacrilamida a partir de cianoidrina acetona e ácido sulfúrico.

7. Uso de um aparelho de medição, como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é em tubulações de óleo e gás, e em dutos de água potável, água de serviço ou água de rejeito.

25 8. Uso de um aparelho de medição, como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é em tubulações em locais de alimentação para meios de fluxo livre ou gasosos.

Petição 870180024061, de 26/03/2018, pág. 4/8

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Experiência

Grafico A: Comparação de rendimentos com e sem anel de medição