MXPA05001130A - Proceso continuo de reaccion/separacion de alto desempeno que usa aparato de contacto liquido-solido. - Google Patents

Abstract

Un proceso para la reaccion y separacion que comprende introducir un material de proceso en al menos una columna de pluralidad de columnas, en donde cada columna tiene al menos una estrada para aceptar el flujo de otra columna o grupo de columnas, una corriente externa de alimentacion, una corriente externa de eluyente o una combinacion de las mismas, y cada columna tiene al menos una salida para conectarse a otra columna, un grupo de columnas, una corriente externa de producto o una combinacion de las mismas. Cada columna es operable independientemente en un modo de flujo ascendente o flujo descendente y se conecta independientemente a una del grupo que comprende otra columna, una corriente externa de alimentacion, una corriente externa de eluyente, una corriente externa de producto y combinaciones de las mismas.

Description

PROCESO CONTINUO DE REACCIÓN/SEPARACIÓN DE ALTO DESEMPEÑO QUE USA APARATO DE CONTACTO LÍQUIDO-SÓLIDO Referencia Cruzada Esta solicitud es una continuación en parte de la solicitud de patente de los Estados Unidos, co-pendiente, Número de serie 10/207,585 (Número de. Documento de Abogado 02-254) presentada el 29 de Julio de 2002 y una continuación en parte de la solicitud de patente de los Estados Unidos, co-pendiente, Número de serie 10/213,580 (Número de Documento de Abogado 02-254 CIP) presentada el 06 de Agosto de 2002.

Campo de la Invención Esta invención se refiere a un proceso para la reacción química y separación usando un sistema de contacto liquido-sólido y de manera más particular, a un proceso de reacción química y separación usando una pluralidad de columnas en donde cada columna se puede conectar de forma independientemente y se opera de forma independientemente para la entrada y salida de flujo, tal como flujo de fluido paralelo, flujo de fluido invertido o una combinación de configuraciones de flujo.

Antecedentes de la Invención En años recientes ha recibido atención renovada la combinación de un proceso para llevar a cabo una reacción continua con separación concurrente en una técnica de proceso único. Se están investigando varias tecnologías de reacción/separación y se han alcanzado diferentes grados de desarrollo o viabilidad comercial . Las técnicas bastante desarrolladas incluyen, por ejemplo, técnicas de destilación reactiva y cromatografía reactiva. Otras técnicas, tal como membranas reactivas y técnicas de cristalización reactiva, también se están desarrollando. Algunas de estas técnicas han probado ciertos beneficios tal como costos reducidos de capital, mayor productividad, mayores rendimientos de producto y selectividad mejorada cuando están tomando lugar reacciones contendientes. Por ejemplo, la destilación reactiva donde se llevan a cabo procesos simultáneos de reacción y separación por destilación, se ha implementado para la producción de acetato de metilo. Esta técnica dio por resultado cinco veces menos inversión y cinco veces menos uso de energía que el proceso tradicional de dos pasos, donde la reacción se lleva a cabo como un primer paso y la separación se lleva a cabo como un segundo paso separado. A pesar de estas ventajas, sin embargo, la técnica de destilación reactiva tiene desventajas, que incluyen sensibilidad a la temperatura y formación de azeotropos. También se han usado sistemas de cromatografía reactiva para llevar a cabo reacción y separación combinadas. Se han investigado varios sistemas diferentes de cromatografía reactiva que incluyen un lecho fijo con un descenso brusco de presión, lecho anular cilindrico con una fuente giratoria de entrada de alimentación, un lecho móvil a contracorriente, y un lecho simulado. La elección de una tecnología particular de reacción/separación se hace en base a los requerimientos específicos de aplicaciones específicas. Cada aplicación tendrá un conjunto particular de requerimientos en términos de rendimiento de producto, pureza, productividad del proceso, manejo de materiales, etc. (Ver, en general Vaporciyan, G.G., Kadelec, R.H. AlChe J. 1987, 33(8), 1334-1343; Fish, B. B; Carr, R.W. Chem. Eng. Sci. 1989, 44, 1773-1783; y Carr, R.W., In Preparative and Production Scale Chromatography, Ganetsos, G. , Barker, P.E. Eds.; Chromatrographic Science Series Vol . 61; Marcel Dekker Inc.: New York, 1993; Capítulo 18). Tradicionalmente, el método preferido para llevar a cabo la cromatografía reactiva continua es la configuración de reactor de lecho móvil, simulado ("S B" por sus siglas en inglés) . La tecnología de SMB tradicional (como se muestra en la Figura 1) comprende una ruta de flujo de circulación que tiene múltiples lechos empacados con agente de relleno de separación/catalizador/sólido, conectados en serie para permitir que un líquido de circulación se haga circular de forma forzada a través de los lechos en una dirección. También tiene un orificio para introducir líquido de remoción de sustancia adsorbente en la ruta de flujo de circulación, un orificio de extracción para remover el liquido de circulación que transporta los constituyentes fuertemente adsorbentes (extractos) de la ruta de flujo de circulación, un orificio de materia prima para introducir materia prima, que contiene los -constituyentes que se van a separar o hacer reaccionar y separar, en la ruta de flujo de circulación, y un orificio de refinado para remover el líquido de circulación que transporta los constituyentes débilmente adsorbentes (refinado) de la ruta de flujo de circulación. Como se muestra en la técnica anterior en la Figura 1, el proceso de SMB se ilustra, que muestra una reacción y separación combinadas por la reacción general A — B + C . El proceso se ilustra usando cuatro "zonas" . Típicamente, aunque no siempre, hay dos entradas y dos salidas en la unidad del sistema de SMB . Las áreas definidas entre las mismas crean las cuatro zonas. EL componente A es material 11 de alimentación, que se alimenta en el sistema de SMB entre la zona II y la zona III. El Componente B se descompone para formar el Componente B y el Componente C. El Componente B, por ejemplo, es el componente más fuertemente adsorbido y por lo tanto se mueve con el sólido en la dirección de la salida de extracto, que esta entre la zona III y la zona IV. A la salida del extracto, el Componente B se recolecta como el producto 17 de extracto. El Componente C es el componente más débilmente adsorbido y se mueve con el liquido en la dirección de la salida del refinado, que esta entre la Zona I y la Zona II. A la salida del refinado, el Componente C se recolecta como el producto de refinado 19. El eluyente 15 se introduce al sistema entre la Zona I en la Zona IV para remover el Componente B más fuertemente adsorbido y actuar como el portador liquido para el sistema. Se han reportado varias reacciones : El proceso de SMB se ha mostrado que incrementa el rendimiento de producto de reacciones de esterificación, en fase líquida, limitadas en equilibrio. La esterificación de ácido acético con alcohol ß-fenetílico se describe en M. awase, T. B. Suzuki, K. Inoue, K. Yoshimoto. K. Hashimoto, Chem. Eng. Sci . , Vol . 51, 2971-2976 (1996). La esterificación de ácido acético con etanol se describe en M. Mazzotti, A. Kruglov, B. Neri, D. Gelosa, M. Morbidelli, Chem. Eng. Sci. Vol 51, 1827-1836 (1996); y la esterificación de ácido acético con metanol se describe en las Patente de los Estados Unidos Nos. 5,405,992 y 5, 618,972. La patente de los Estados Unidos No. 5,502,248 muestra que la reacción de hidrólisis de éster, en fase líquida, limitada en equilibrio de acetato de metilo y se puede incrementar de manera significativa a través del uso de SMB reactivo. Ray A., Tonkovich, A.L. Aris, R. , Carr, R.W., Chem. Eng . Sci . , Vol . 45, No. 8, 2431-2437 (1990) demuestran que el rendimiento de producto de la reacción en fase gaseosa, limitada en equilibrio, para la hidrogenación de mesitileno se puede incrementar de manera significativa usando SMB reactivo. A.V. Kruglov, M.C. Bjorklud, R.W. Carr, Chem. Eng.

Sci., Vol 51, 2945-2950 (1996) demuestran que el SMB reactivo se puede usar para incrementar el rendimiento de producto con la reacción de fase gaseosa para el acoplamiento oxidante de metano. La viabilidad de la condensación de fenol con acetona para formar bifenol-A y agua y la separación simultánea de los productos se ha considerado a través de una simulación numérica (Kawase, M; Inoue, Y; Araki, . ; Hashimoto, K. Catalyst Today 1999, 48, 199-209) . A pesar de estas ventajas, las técnicas tradicionales de SMB tienen ciertas desventajas. La configuración tradicional de SMB siempre se ha definido como una pluralidad de lechos conectados en serie y que emplean un flujo de fluido unidireccional. El patrón de flujo de SMB también conduce a muchas desventajas tal como alta caída de presión, intervalo limitado de velocidad de flujo, dificultad para remover especies fuertemente adsorbidas carencia de tolerancia para sólidos en las corrientes e incapacidad para optimizar las condiciones tanto de separación como de reacción de forma separada. Esta configuración limitada impide inherentemente que el sistema maneje muchas aplicaciones de reacción/separación, tal como aquellas que requieren alto flujo másico, remoción de toxinas, y optimización individual de las condiciones de reacción y separación. Con estas aplicaciones, el sistema tradicional de reactor SMB llega a ser muy complicado, muy costosos y algunas veces impráctico. Adicionalmente, ninguna de las presentes tecnologías permite un proceso continuo o sustancialmente continuo, de reacción y separación usando lechos de contacto arreglados en paralelo, en lugar de en serie, que tienen capacidades de flujo invertido, o capacidades de unidades de combinación. Por consiguiente, es un objeto en una modalidad de la invención proporcionar un proceso para realizar la reacción y separación combinadas, que proporcione adicionalmente flujo de fluido paralelo, flujo invertido, o diseño de unidades de combinación, o una combinación de cualquiera de estas, eliminando de este modo muchas de las limitaciones de la técnica anterior. Es un objeto adicional en una modalidad de la invención proporcionar un proceso para realizar el paso combinado de reacción/separación en una unidad individual de procesamiento para disminuir en su mayor parte el costo de procesamiento en tanto que se incrementa el rendimiento.

Breve Descripción de la Invención En general , la presente invención proporciona un proceso de cromatografía reactiva para realizar las funciones duales de reacción química y separación, ya sea de forma simultánea o secuencial, para separar un compuesto individual o una mezcla fluida de múltiples compuestos en componentes, usando una pluralidad de lechos o columnas empacadas con un sólido o mezcla de medios sólidos y que estén conectados de forma independiente ya sea en una configuración en serie o en paralelo. Se introduce un compuesto en una columna o grupo de columnas que se mueven o giran para simular un flujo de medios. El compuesto se mueve en un flujo fluido desde una columna a otra columna conectada en serie o paralelo y en una dirección opuesta al flujo de medios, proporcionando de este modo contacto entre las dos fases de una forma a contracorriente. El compuesto se hace reaccionar y/o se separa en columnas subsiguientes en base a su afinidad hacia los medios para preparar un segundo componente. Se puede introducir otro material de alimentación, o eluyente, dependiendo de la naturaleza del componente y de la reacción/separación propuesta. El segundo componente entonces se extrae de una o más de las columnas y puede incluir el producto, extracto, refinado, primer componente no convertido, o combinaciones de los mismos. El proceso utiliza columnas para aceptar flujo desde una columna conectada, una alimentación de corriente externa, una corriente externa de eluyente, o una combinación de los mismos, y al menos una salida para conectar a otra columna, una corriente externa de producto o una combinación de las mismas . Cada una de las columnas se puede operar de forma independiente en un modo de flujo ascendente o flujo descendente y conecta independientemente a otra columna, una(s) corriente (s) externa (s) de alimentación, una(s) corriente (s) externa (s) de cliente, una(s) corriente (s) externa (s) de producto (s) o una combinación de las mismas. El modo de flujo ascendente se puede describir al hacer fluir en la dirección de la parte superior de la columna y el modo de flujo descendente tiene un flujo de fluido desde la parte superior de la columna en una dirección vertical, general hacia abajo. Independientemente conectada puede incluir una columna o un grupo de columnas, cada una conectada a otra columna, columnas o grupo de columnas o cualquier otra fuente tal como productos de alimentación, productos externos, de evento o externos de cualquier manera que lo requiera el proceso sin ningún patrón preestablecido de flujo. El producto externo puede ser refinado o extracto o ambos. La configuración de flujo de cada columna se puede modificar para permitir, por ejemplo, flujo de fluido invertido. En otro ejemplo, los lechos se arreglan para crear una configuración de diseño de unidades de combinación. En aun otro ejemplo, el proceso proporciona una configuración de flujo de fluido paralelo, en donde al menos uno de los lechos se conecta en paralelo. En otro ejemplo, el proceso usa una combinación de estas configuraciones. Los lechos contienen de manera preferente un sólido o mezcla de sólidos que actúan como un catalizador para la reacción deseada y un medio adsorbente o de separación para remover el producto de reacción u otros componentes deseados. Hay una amplia variedad de catalizadores sólidos y adsorbentes disponibles. Esos materiales incluyen, de manera enunciativa y sin limitación, carbón activado, geles de sílice, alúminas, zeolitas, circonias, titanias, silicatos, tierras diatomáceas, y resinas de intercambio iónico. En una modalidad, se prefiere un sólido donde realice de forma suficiente las funciones tanto catalítica como adsorbente. Donde se usan dos o más sólidos, uno realiza la función catalítica en tanto que el otro realiza la función de separación. Estos materiales se eligen para proporcionar reacción y separación mejoradas sobre un material único. También, es posible que el sólido actúe sólo como un medio de separación y el catalizador no se aparte de la fase sólida sino más bien se disuelva en la fase líquida. En una modalidad, el proceso usa uno o más eluyentes para remover de forma selectiva los productos de reacción, sub-productos, o contaminantes de lecho usando un proceso de elusión isocrática o de elusión gradiente. El eluyente comprende o contiene un líquido capaz de desplazar este producto de reacción, sub-producto, o contaminante de lecho de adsorción. Los ejemplos de eluyentes incluyen, por ejemplo, alcoholes, acetonas, ásteres, hidrocarburos alifáticos, hidrocarburos aromáticos, éteres, ácidos carboxílicos, hidrocarburos halogenados, amidas, nitrilos, agua, o soluciones amortiguadas. También se pueden usar mezclas de eluyentes . La materia prima suministrada en un ejemplo de la invención es un compuesto individual o múltiples compuestos como ya sea un material puro o un soluto en solución. Puede incluir una amplia variedad de materiales tal como productos químicos comerciales, productos químicos finos, fármacos, productos farmacéuticos, agroquímicos, productos alimenticios, perfumes, sabores, fragancias, desodorantes, colorantes, petroquímicos , etc. Este proceso es útil para llevar a cabo varios tipos de reacciones. En los ejemplos de la invención, el proceso se corre con una o más de las reacciones expuestas a continuación en la Tabla 1.

Tabla 1 Esterificación: Metanol + Ácido Acético d Acetato de Metilo + Agua Etanol + Ácido Acético d Acetato de Etilo + Agua Butanol + Ácido Acético d Acetato de Butilo + Agua t -Alcohol Fenetílico + Ácido Acético d j - Acetato de Fenetilo + Agua ' Hidrólisis de Ester: Acetato de Metilo + Agua d Metanol + Ácido Acético Acetato de Etilo + Agua d Etanol + Ácido Acético Acetato de Butilo + Agua d Butanol + Ácido Acético I - Acetato de Fenetilo + Agua d t Alcohol Fenetilico + Ácido Acético Eterificación: Alcohol t-Butílico + Metanol d Metilo - t-Butilo -Éter (MTBE) + Agua Isoamileno + Metanol d t-Amil-Metil-Éter (TAME) Isomerización: (orto, para) Bisfenol-A d (par, para) Bisfenol-A Condensaciones : Fenol + Acetona d Bisfenol-A + Agua Metanol + Ácido Acético d Acetato de Metilo + Agua Etanol + Ácido Acético d Acetato de Etilo + Agua Butanol + Ácido Acético d Acetato Butllico + Agua í -Alcohol Fenetílico + Ácido Acético d i -Acetato Fenetílico + Agua t-Alcohol t-butílico + Metanol d Metilo t-Butil- Éter (MTBE) + Agua Síntesis de Amida: Anilina + Anhídrido Acético d Acetanilida + Ácido Acético Deshidratación: Alcohol t-Butílico d Isobutileno + Agua Oxidación : Cumeno + Oxígeno d Fenol + Acetona En un ejemplo, la presente invención se usa en combinación con un dispositivo de contacto liquido-sólido para dirigir corrientes de fluido a través de un sólido o una mezcla de medios sólidos de una manera continua o sustancialmente continua. Algunos dispositivos de sistema usan múltiples columnas y una pluralidad de válvulas. Otros dispositivos usan secciones de lecho apiladas en una torre vertical, y alimentadas por una válvula giratoria. Una revisión general de estos varios dispositivos se puede encontrar en la Patente de los Estados Unidos No. 5,676,826, que se incorpora en la presente como referencia. Cualquiera de estos dispositivos de contacto líquido-sólido, por ejemplo, se puede usar con la presente invención para lograr la reacción y separación, deseadas, continuas, o sustancialmente continuas. En otros ejemplos de las modalidades de la invención, el proceso se puede realizar en uno de los dispositivos descritos en las Patentes de los Estados Unidos Nos. 5,676,826; 4,808,317; 4,764,276; y 4,522,726. También se puede realizar usando una válvula giratoria de múltiples orificios, de dirección de fluido, descrita en la Patente de los Estados Unidos No. 6,431,202, que se incorpora en la presente como referencia. En un ejemplo, los medios de proceso "se mueven" al hacer girar o graduar' las columnas de una manera que tome lugar rápidamente para hacer considerados continuos o sustancialmente continuos. Las diferencias en el equipo de proceso seleccionado para llevar a cabo el proceso, tal como la rotación discontinua, pueden existir en tanto que aun permita que los medios se muevan de una manera continua o sustancialmente continua. En algunas circunstancias, aun se pueden hacer ajustes menores al equipo durante la operación del proceso que no interrumpirá el flujo de manera significativa y el proceso aun cae dentro del alcance de la presente invención . En una modalidad, el aparato usa un aparato de contacto líquido-sólido, tal como se describe anteriormente, que tiene una pluralidad de columnas apiladas cada una de las cuales tienen un conducto de suministro y un conducto de descarga adaptado para la conexión a un disco que tiene una pluralidad de orificios asociados con conductos de suministro y descarga. Al menos una de las columnas o discos se monta para la rotación alrededor de un eje de modo que por la rotación de los conductos y orificios en el disco se pueden alinear para la comunicación de flujo directo entre las mismas tal que una pluralidad de conductos de suministro y descarga se comuniquen con los conductos de suministro y descarga, asociados, de las columnas y al sincronizar una rotación, al menos las columnas y el disco en las mismas comprenden flujo de un material de proceso a través de cada una de las columnas para reaccionar y separar el material de flujo. De forma particular, cuando se usa con el presente proceso, este dispositivo permite una amplia variedad de posibilidades de procesamiento que aun no se han enseñado en la técnica anterior de las tecnologías de reacción/separación combinadas. Diferente del SMB tradicional , la conexión en serie que fuerza a los solventes reactivos a través del sistema en un modo en serie y flujo de fluido unidireccional, la presente invención incorpora flujo de fluido paralelo, flujo de liquido invertido, y/o configuración de unidades de combinación, como zona individual o múltiples zonas y en cualquier combinación dentro de una unidad individual, eliminando de esta manera muchas de las limitaciones de la técnica anterior. Estas capacidades únicas son especialmente ventajosas ya que la presente invención no se limita a un arreglo de lechos en serie o flujo de fluido unidireccional, como en la técnica anterior. Permite el uso de una corriente de proceso que contiene cierta cantidad de sólidos, y hace más fácil y más económica la remoción de especies altamente adsorbidas . Además, una modalidad del proceso reduce el consumo de elusión, incrementa la velocidad de alimentación y reduce la caída de presión. Esto simplifica de manera significativa los procesos de reacción y separación que proporcionan una operación más eficiente. Esta flexibilidad incrementa de forma ventajosa la productividad, reduce los costos de capital y de operación y mejora la calidad del producto con respecto a los procesos tradicionales. En particular, en un ejemplo, la presente invención ofrece significativos ahorros de costos de capital para procesos inhibidos de reactivo/producto, limitados en el equilibrio. Otras características, aspectos y ventajas de las modalidades de la presente invención se llegarán a entender mejor o serán evidentes a partir de un examen de la siguiente descripción detallada y los ejemplos de la invención y las reivindicaciones anexas .

Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 muestra una representación esquemática de una configuración de la técnica anterior de un proceso general de S B. La Figura 2 muestra una representación esquemática de una modalidad de la presente invención que usa una configuración de flujo invertido. La Figura 3 muestra una representación esquemática de una modalidad de la presente invención que usa una configuración de flujo paralelo. La Figura 4 muestra una representación esquemática de una modalidad de la presente invención que usa un diseño de unidades de combinación. La Figura 5 muestra una representación esquemática de una modalidad de la presente invención que usa otro diseño de unidades de combinación. La Figura 6 muestra una representación esquemática de una modalidad de la presente invención que combina una combinación de flujo en serie con una configuración de flujo en paralelo que usa un modo de flujo invertido.

Descripción de los Ejemplos de la Invención La presente invención proporciona un proceso para la reacción química y separación usando múltiples lechos o columnas comprendidas de un sólido o mezcla de sólidos, conectadas en serie en paralelo, o una combinación de estas configuraciones. La reacción/separación puede presentarse de forma concurrente o secuencial . Los lechos se configuran para tener un flujo invertido, o una unidad de combinación o una configuración de flujo paralelo o cualquier combinación de estos. En una modalidad, la invención se usa en combinación con un dispositivo de contacto líquido-sólido, continuo o sustancialmente continuo. La presente invención se puede usar con una variedad de diferentes tipos de reacción. Los ejemplos de algunos de los tipos de reacciones que se pueden usar con este proceso se muestran anteriormente en la Tabla 1. Los Ejemplos a continuación muestran adicionalmente las varias configuraciones del proceso. Un experto en la técnica apreciará que se pueden usar los flujos demostrados por cada configuración, solos o en combinación con cualquiera de los otros para llevar a cabo las reacciones expuestas en la Tabla 1 y otras .

Ejemplo 1 - Configuración de Flujo Invertido En una modalidad del presente proceso de reacción/separación continuas, una unidad que tiene múltiples columnas empacadas con un catalizador y adsorbente se diseña para operar con un flujo liquido de reactivos y un catalizador de resina sólida, o que contiene sólidos, fijado en las columnas que se mueven para facilitar el proceso y un flujo invertido que cambia la dirección del flujo líquido, con relación al otro flujo liquido en el sistema. Las columnas proporcionan zonas para la reacción y/o separación, la elusión, enriquecimiento, y en este ejemplo, utilizan un dispositivo de contacto liquido-sólido, continuo o sustancialmente continuo que permite que las columnas gradúen el flujo del material de proceso que permite estas reacciones/separaciones. La Figura 2 ilustra una posible configuración para llevar a cabo el proceso con un flujo invertido. Esto representa la Zona IV donde las columnas operan en un modo de flujo ascendente, en tanto que el resto de las columnas en la unidad operan en el modo de flujo descendente. Esto es solo un ejemplo del uso de flujo invertido. Un proceso diseñado con una configuración de flujo invertido proporciona una variedad de usos. Por ejemplo, se puede usar para remover componentes muy fuertemente adsorbidos. La Figura 2 ilustra una reacción con un flujo invertido para producir un componente débilmente adsorbido y dos componentes fuertemente adsorbidos (uno de los cuales se adsorbe más fuertemente) y se separan y remueven con eluyente . Usando este proceso, el componente débilmente adsorbido se mueve con el líquido en la dirección de la salida 19 donde se remueve como el producto refinado. Los dos componentes fuertemente adsorbidos se mueven con el flujo sólido en la dirección de las salidas 17, 18 de extracto. El componente menos fuertemente adsorbido de los dos se mueve con el .sólido en la dirección de la salida 17 donde se eluye del sistema por el eluyente I alimentado en la entrada 15 y se extrae como el producto de extracto I en la salida 17. El componente más fuertemente adsorbido de los dos; continúa moviéndose más allá de la salida 17 del extracto I en la dirección de la salida 18. Este componente se eluye por el eluyente II alimentado en la entrada 16 y se extrae como el extracto II en la salida 18. Estos componentes pueden incluir un producto, sub-producto, inhibidor, contaminante, etc. Una reacción de esterificación ilustra una de las ventajas de la configuración de flujo invertido: Alcohol + Ácido Carboxílico t Ester + Agua En este ejemplo, el alcohol y el ácido carboxílico actúan como alimentación que se introduce en la parte superior de la columna 11. El agua junto con otras especies fuertemente adsorbidas, se mueve con el sólido en la dirección de la salida 17. Se introduce el eluyente I en la columna 15 para extraer el agua en la salida 17 como el producto de extracto I . Un producto más débilmente adsorbido, el éster, también se genera por la reacción química. Se mueve con el fluido líquido en la dirección de la salida 19 de refinado donde se recolecta del sistema como el producto refinado. En este caso, el alcohol también se puede usar como el eluyente I introducido en el proceso en la entrada 15, que removerá el agua en la fase sólida como el extracto en la salida 17 y también actúa como un portador líquido para el resto del sistema. El componente más fuertemente adsorbido se acumulará en la parte superior de la(s) columna (s) . Entonces, el eluyente I o un eluyente diferente, el eluyente II, se dirige en el proceso a la entrada 16, en un flujo invertido para eluir este componente más fuertemente adsorbido fuera de la parte superior de una columna en la salida 18 como el extracto II. La elusión del extracto II en la salida 18 desde la parte superior de la columna elimina la necesidad de que el efluente II transporte el componente más fuertemente adsorbido completamente por medio de la serie de columnas para efectuar su remoción, como se requiere en los procesos tradicionales de SMB. En cambio, el flujo invertido proporcionado en la Zona IVb disminuye la duración de tiempo para la elusión o cantidad de eluyente necesario para completar el proceso, dando por resultado este modo costo disminuido y productividad mejorada y eficiencia del paso de elusión. Adicionalmente, en una modalidad de proceso, esta configuración de flujo invertido también puede ajustar dos eluyentes, diferentes para la desorción de los dos componentes diferentes fuertemente adsorbidos . El uso de la configuración de flujo invertido no se limita al ejemplo especifico previo. Aquellos expertos en la técnica se darán cuenta que con la presente invención, la configuración única de flujo invertido se puede incorporar de forma ventajosa dentro del proceso: zona de elusión, zona de reacción, zona de separación y similares. Debido a que el sistema SMB se lleva a cabo con flujo unidireccional, la presente técnica está fuera del dominio del SMD tradicional . Las modalidades del proceso que incorporan configuración de flujo invertido proporcionan al usuario ciertas ventajas. El proceso de flujo invertido, por ejemplo, es útil para remover sólidos que se acumularán en la parte superior de la(s) columna (s) permitiendo por lo tanto el uso de una corriente de proceso que contiene una cierta cantidad de sólidos o una corriente de proceso que tiene potencial para formar sólidos en el transcurso del proceso de reacción/separación. De esta manera, los sólidos se pueden remover de forma continua desde la parte superior de la columna, superando una desventaja del sistema tradicional de S D que se limita a un flujo líquido unidireccional . El proceso tradicional de SMD no permite la remoción continua de sólidos. Los sólidos ya sea se atraparán en la unidad o taponaran conjuntamente el flujo de líquido . Se puede utilizar de forma efectiva un proceso de flujo invertido en una zona diferente o múltiples zonas dependiendo de la reacción deseada y las concentraciones de adsorción de los componentes particulares. No se restringe a la configuración específica de flujo invertido mostrada en la Figura 2. Esta flexibilidad de proceso y versatilidad se contemplará por aquellos expertos en la técnica para adaptarse a muchas diferentes posibles variaciones.

Ejemplo 2 - Configuración de Flujo Paralelo En otra modalidad del presente proceso, la reacción y/o separación se lleva a cabo a través de una serie de columnas y múltiples columnas conectadas conjuntamente para proporcionar un flujo paralelo en parte del proceso. Como se muestra por ejemplo en la Figura 3, se arregla en paralelo parte de la Zona II. Se introduce alimentación en varias columnas lia, 11b y 11c, conectadas en paralelo u otras columnas en serie. Se introduce un eluyente en el proceso en la entrada 15 para extraer productos o subproductos en la salida 17. Entre tanto, los componentes débilmente adsorbidos el refinado, se mueven con el líquido y se extraen en la salida 19. Los componentes del sistema de proceso pueden emplear, ya sea solos o alternativamente en combinación, flujo paralelo, incluyendo la alimentación, eluyente, refinado o corrientes de extracto . En un ejemplo, el proceso de flujo paralelo ofrece la capacidad de obtener altas velocidades de flujo en tanto que se mantiene una caída de presión aceptable y un desempeño aceptable de reacción para el proceso. Estas capacidades prueban ser especialmente útiles para reacciones que requieren tiempo prolongado de retención y alto flujo másico. Estas reacciones pueden encontrar altas caídas de presión cuando se realizan usando la configuración de la técnica anterior donde las columnas se conectan en una configuración en serie. El requerimiento de caída de presión para un proceso dado es un parámetro de diseño muy importante. Conforme se incrementa el requerimiento de caída de presión, se incrementa el costo del equipo y en el mismo punto, el proceso llega a ser impráctico o un imposible. En una modalidad de la invención, el proceso de flujo paralelo se emplea de forma ventajosa para reducir el costo del equipo e incrementar su productividad. En procesos donde no se requiere una reducción de la caída de presión, la configuración de flujo paralelo permite mayor productividad a una caída dada de presión.

Ejemplo 3 - Configuración 2 en 1 (tipo A) . En otra modalidad, el presente proceso de reacción y/o separación se diseña para llevar a cabo una reacción/separación o una reacción/separación adicional en una zona separada e independiente de otras. Este sub-proceso independiente se presenta en una o múltiples columnas de la Zona V que se conectan conj ntamente de forma separada dentro de un tren de separación, como se muestra por ejemplo en la Figura 4. Esta configuración de unidad de combinación también se refiere en la presente como una "configuración de flujo 2 en 1". La configuración de flujo 2 en 1 optimiza las operaciones de reacción y separación al permitir que cada reacción/separación se lleve a cabo bajo diferentes condiciones. Además de la reacción/separación, se puede llevar a cabo otra reacción, es decir, reacción/separación/reducción o 3 en 1. Esta configuración de proceso no se limita a 2 en 1 ó 3 en 1, sino que se puede usar para realizar múltiples reacciones y separaciones en una configuración de N en 1, donde N es un número entero mayor de 1. Por ejemplo, la alimentación se dirige a la columna 11 que no está conectada directamente en serie con la columna que le precede, sino más bien se conecta en forma independiente en el flujo del líquido del sistema. De esta manera, el usuario puede variar el tiempo de retención, la composición y la temperatura para la reacción en la columna 11 sin limitar las condiciones que se pueden aplicar al resto del proceso. En un ejemplo, el flujo de proceso de 2 en 1 combina un reactor tipo lecho fijo y un reactor de separación tipo SMB en una unidad única para proporcionar una zona de reacción separada que en general está en el punto intermedio del proceso de separación/reacción. En este arreglo, con referencia a la Figura 4 se introduce alimentación en la parte superior de la columna 11 para actuar como un reactor de lecho fijo que alimenta un producto de reacción a una unidad de SMB de la separación y reacción adicional conforme se necesite. La reacción de separación se presenta en la Zona V, como se muestra por ejemplo en la Figura 4. La ventaja de alimentar el producto hecho reaccionar en lecho fijo en una unidad separada de SMB se ha realizado parcialmente en la técnica anterior, tal como la Patente de los Estados Unidos No. 5,618,972, al llevar a cabo la operación en dos unidades . La combinación de flujo 2 en 1 mejora la efectividad del reactor de lecho fijo en tanto que también mejora la eficiencia de costo de la unidad de SMB. La presente invención mejora adicionalmente este proceso al combinar dos unidades en una unidad individual. Esto elimina los costos asociados con el mantenimiento de dos unidades independientes que entonces se conectan físicamente de forma conjunta. Un ejemplo de los procesos 2 en 1 se ilustra por una reacción de esterificación: Alcohol + Ácido Carboxílico t Ester + Agua El alcohol y el ácido carboxílico se alimentan de la columna 11 y se hacen reaccionar en la Zona V para producir agua y éster. El agua es el producto más fuertemente adsorbido y por lo tanto se mueve con el flujo de sólidos en la dirección de la salida 17 de extracto donde se eluye como el producto de extracto I. El éster, el producto refinado, es el producto débilmente adsorbido y se mueve con el líquido en la dirección de la salida del refinado 19. En este caso, también se puede usar el alcohol como el eluyente I introducido en la entrada 15. Debido a que esta configuración de 2 en 1 proporciona una columna de alimentación que no está conectada directamente en serie, permite que el usuario optimice los parámetros de proceso para la zona de reacción independientemente de los parámetros de proceso que se requieren para la separación al ser capaz de ajustar la temperatura, tiempo de retención y composición de alimentación. Este tipo de flexibilidad de proceso, donde se puede llevar a cabo la reacción y separación en una unidad en tanto que aun se es capaz de optimizar de forma separada las condiciones de proceso para cada uno, no se contempla con los procesos tradicionales de SMB que, por definición, conllevan columnas conectadas en serie . Aquellos expertos en la técnica entenderán o contemplarán que esta técnica se puede aplicar de forma ventajosa a una amplia variedad de reacciones, tal como esterificación, hidrólisis de éster, eterificación, isomerización, condensaciones, síntesis de amida, síntesis de péptidos, deshidrataciones , oxidaciones solo por nombrar unos pocos . También se contemplará que el uso de la presente invención no esta restringido a la configuración especifica mostrada en la Figura 3. Aquellos expertos en al técnica contemplarán que son posibles muchas diferentes variaciones debido a la flexibilidad y versatilidad de la presente invención.

Ejemplo 4 - Configuración de 2 en 1 (tipo B) En otra modalidad de la presente invención, se conectan una o múltiples columnas conjuntamente en una zona que aun está dentro de la misma unidad pero fuera de la zona de proceso de separación. La configuración de flujo de 2 en 1 (tipo A) mostrada en el Ejemplo 3 incorpora una zona de reacción en el punto intermedio del proceso tipo SMB. La composición del material en la zona de reacción se ve influenciado por la composición de la columna adyacente que se moverá a la posición de la zona de reacción. Las columnas se gradúan en la dirección del flujo de sólidos. Con la configuración de flujo de 2 en 1 (tipo B) , con referencia a la Figura 5, la zona de reacción, Zona V, recibe la siguiente columna de la elusión en la Zona I. Por ejemplo, este proceso proporciona una pre-reacción. Se pueden introducir materiales precursores en la columna 12 donde se presenta una pre-reacción en la Zona V fuera del proceso de reacción/separación. La pre-reacción genera la alimentación que entonces se introduce en el proceso de reacción/separación en la entrada 11. Este proceso de pre-reacción se puede llevar a cabo de forma ventajosa bajo diferentes condiciones y se realiza de manera más eficiente debido a que carece de influencia del resto del proceso. Esta característica de proceso da a la zona de reacción una columna limpia en lugar de una columna que ya contiene una cierta composición del material. Esto permite la optimización adicional del proceso que va más allá de la configuración de 2 en 1 (tipo A) . Este tipo de proceso también está fuera del proceso tradicional de SMB que depende de columnas que están conectadas interminablemente en serie. La técnica anterior del SMB reactivo no enseña el uso de este, tipo de configuración puesto que no seria necesariamente ventajoso bajo sus condiciones limitadas de operación. El uso del presente proceso en esta configuración de flujo no se restringe a la configuración específica mostrada en la Figura 5. Aquellos expertos en la técnica contemplarán que son posibles muchas diferentes variaciones de las configuraciones de 2 en 1 debido a la flexibilidad y versatilidad de la presente invención.

Ejemplo 5 El siguiente ejemplo ilustra uno de los beneficios de llevar a cabo el presente proceso en una configuración de flujo no SMB, tal como con un sistema de contacto fluido-sólido. En particular, el Carrusel-SMB de Alto Desempeño (HPC-SMB) proporcionado por Calgon Carbón Corporation se usó, pero no se debe ver como una limitación. Usando el HPC-SMB que contiene una resina de intercambio iónico de ácido fuerte, se hizo reaccionar fenol con acetona para producir bisfenol-A (BPA) . Estas resinas están disponibles de Rohm & Haas, Dow, Bayer, y Mitsubishi, entre otros. La resina Amberlyst 131 de Rohm & Haas se usa en este experimento. Los resultados se muestran en la Tabla 2. En esta modalidad, la unidad contiene un conjunto de 20 columnas que son cada una de 11 mm de diámetro y 300 mm de longitud. Como se ilustra en la Figura 6, la zona de elusión (Zona IV) contiene 6 columnas, la zona de enriquecimiento (Zona III) contiene 2 columnas, y la zona de reacción (Zona II) contiene 12 columnas. La unidad esta contenida en un encierro que se mantuvo a temperatura constante. Se alimenta la acetona a la zona de reacción en la entrada 11 de alimentación donde una reacción de condensación con fenol se presenta para formar BPA. El agua fuertemente adsorbida se lleva transporta de forma continua fuera de la zona de reacción y a una zona de selección de agua por un movimiento a contracorriente del catalizador de resina contra el flujo de reactivos. En la zona de elusión de agua, se remueve el agua adsorbida de la resina con el fenol en la salida 17. Se adiciona suficiente fenol de reemplazo en la entrada 15 a la zona de elusión tanto para deshidratar la resina como para proporcionar suficiente fenol en exceso para la zona de reacción. El agua tiende a hidratar los sitios catalíticos lo que disminuye la actividad del catalizador de resina. Corriente abajo de la zona de reacción, el producto de BPA crudo así como el fenol en exceso se extraen del proceso en la salida 19. Se puede hacer pasar opcionalmente una porción del producto extraído a una zona de recarga par enjuagar el fenol del lecho de resina y reducir la dilución del producto. Este ejemplo ilustra la mejora en el rendimiento y pureza del producto. El uso de la configuración tradicional de flujo de SMB requiere que todas las columnas se conecten interminablemente en una configuración de flujo en serie como se muestra en la Figura 1. El presente proceso combina configuraciones de flujo en serie, en paralelo y/o invertido conjuntamente en una unidad. En la Figura 4 se ilustra la configuración de flujo paralelo y en la Figura 2 se ilustra la configuración de flujo invertido. Para este ejemplo, con referencia a la Figura 6, las primeras 4 columnas en la zona de reacción se conectan en una configuración de flujo paralelo y las restantes 8 columnas se arreglan con la configuración de flujo en serie. Las columnas de flujo paralelo también se corren con la configuración de flujo invertido (flujo ascendente) . Esto permite una distribución mejorada de los reactivos y productos lo que incrementa el rendimiento del producto de BPA en tanto que reduce el nivel de impurezas. Las composiciones de producto se determinaron usando cromatografía líquida de alto desempeño (HPLC) . La tabla 2 muestra una comparación del os resultados obtenidos de este ejemplo de combinar configuraciones de flujo en serie y flujo paralelo (parcial) /fluj o invertido. Las mismas velocidades de flujo tanto para fenol como para la acetona se usan en ambos experimentos .

Tabla 2 El mayor rendimiento de BPA y el menor nivel de impurezas son ambos resultados deseables para esta reacción. Los ejemplos previos ilustran la versatilidad de la presente invención. Aunque las ilustraciones representan un ejemplo particular de cada configuración o una combinación de configuraciones, aquellos expertos en la técnica contemplarán que son posibles varias variaciones dentro del alcance de esta invención. Cualquier configuración dada puede contener más o menos zonas que las mostradas en las Figuras 2-5. Cada zona puede contener donde quiera de uno a cero a múltiples columnas. Típicamente, los sistemas utilizan cuatro zonas, y algunas veces solo tres. En este ejemplo, la zona ausente contiene cero columnas. En la presente invención, se puede usar zonas de función especial (flujo invertido, flujo paralelo, etc.), donde quiera en el sistema y no se limitan a la ubicación mostrada en las ilustraciones. Se puede usar más de una configuración en una unidad y se pueden combinar múltiples funciones en una unidad. Aquellos expertos en la técnica, contemplarán que este nivel de flexibilidad de proceso llega a ser muy complicado y muy costoso con las tecnologías tradicionales de SMB. Las ventajas listadas anteriormente darán por resultado costos reducidos de capital, mayor productividad, mayores rendimientos y selectividad mejorada. Aquellos expertos en la técnica también contemplarán que la presente invención se puede usar con muchas aplicaciones diferentes de reacción/separación. Por ejemplo, la presente invención se puede usar de manera enunciativa y sin limitación, para esterificación, hidrólisis de éster, eterificación, isomerizaciones , condensaciones, síntesis de amida, síntesis de péptidos, deshidrataciones y oxidaciones solo por nombrar unos pocos . En tanto que lo anterior se ha expuesto en detalle considerable, los ejemplos y métodos no se presentan para poner en claro y no a manera de limitación. Se apreciará de la especificación que se pueden hacer varias modificaciones de la invención y combinaciones de los elementos, variaciones, equivalentes o mejoras en la presente, por aquellos expertos en la técnica, y aun están dentro del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones anexas.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES 1. Un proceso para la reacción y separación, caracterizado porque comprende: (a) introducir un primer componente en al menos una columna en una primera zona de una pluralidad de zonas, en donde cada zona comprende una o más columnas que contienen un sólido o mezclas de medios sólidos, cada columna que tiene al menos una entrada y una salida y que se puede conectar de forma móvil en serie o paralelo a una columna precedente o una corriente externa para simular un flujo de medio y que se puede operar en un modo de flujo ascendente o flujo descendente, y al menos una columna que se puede operar independientemente de al menos otra columna; (b) dirigir el primer componente desde la primera zona en la dirección o dirección contraria de los medios y en otra columna de la primera zona o una segunda zona, en donde el primer componente comprende al menos uno de un reactivo, eluyente o combinación de los mismos; (c) al menos uno de reacción o separación del primer componente para preparar un segundo componente, en donde el segundo componente comprende uno del grupo que consiste de producto, extracto, refinado, primer componente no convertido y combinaciones de los mismos; y (d) extraer el segundo componente de una o más columnas del mismo.
2. 2. Un proceso para la reacción y separación, usando un aparato de contacto líquido-sólido, caracterizado porque comprende : (a) introducir un material de proceso en al menos una columna de una pluralidad de columnas empacadas con medios, cada columna que tiene al menos una entrada para aceptar un flujo del material de proceso de otra columna o grupo de columnas, una corriente de alimentación externa, una corriente externa de eluyente o una combinación de las mismas, y al menos una salida para la conexión a otra columna, a un grupo de columnas, a una corriente de producto, externa o una combinación de las mismas; cada columna que se opera de forma independiente en un modo de flujo ascendente o flujo descendente y se conecta independientemente a una del grupo que comprende otra columna, una corriente externa de alimentación, una corriente externa de eluyente, una corriente externa del producto y combinaciones de las mismas; (b) hacer reaccionar y separar el material de proceso en una o más de las columnas; y (c) extraer el material de las mismas.
3. 3. En un proceso que usa un aparato de contacto líquido-sólido, el aparato que tiene una pluralidad de columnas empacadas, cada una de las cuales tiene un conducto de suministro y un conducto de descarga adaptados para la conexión a un disco que tiene una pluralidad de orificios para la conexión, que se asocia con los conductos de suministro y de descarga, las columnas o el disco que se montan para la rotación alrededor de un eje de modo que por la rotación los conductos y los orificios en el disco se alineen para la comunicación de flujo directo entre ellos tal que, una pluralidad de conductos de suministro y descarga se comuniquen con otros conductos de suministro y descarga, asociados, de las columnas, y por rotación de sincronización de al menos las columnas y el disco, la mejora en el mismo caracterizada porque que comprende hacer fluir un material de proceso a través de cada una de las columnas para reaccionar y separar el material de flujo.
4. 4. En un proceso que usa un aparato de contacto líquido-sólido, que tiene una válvula giratoria de múltiples orificios para dirigir corrientes de fluido, que comprende: (a) un primer cabezal que tiene superficies opuestas, que comprende al menos dos primeros orificios localizados en la misma superficie para la conexión con una corriente externa de fluido, y que tiene un canal separado asociado con cada primer orificio que conduce a un segundo orificio que corresponde al primer orificio y está localizado en la superficie opuesta al primer orificio; (b) un segundo cabezal girable que tiene al menos dos terceros orificios cada uno en comunicación con un segundo orificio separado y un canal y se localizan en una superficie en contacto con la superficie del primer cabezal que contiene los segundos orificios, los terceros orificios que conducen a una entrada o salida de una cámara que contiene un medio de contacto fluido-sólido para formar un sello de fluido entre la cámara y una corriente externa de fluido; y (c) una unidad de impulsión para hacer girar al menos uno de los cabezales para interconectar una corriente externa, de fluido, seleccionada, con una cámara seleccionada durante un periodo predeterminado de tiempo antes de permitir la interconexión de la corriente externa de fluido con una cámara diferente; y (d) los orificios que se pueden configurar para permitir que las corrientes externas a fluido se distribuyan a múltiples o sucesivas cámaras en serie o en paralelo o para derivar una cámara seleccionada simultánea con la distribución de otras corrientes externas de fluido; la mejora en el mismo que está caracterizada porque comprende hacer fluir un material de proceso a través de las cámaras para reaccionar y separar el material de flujo.
5. 5. Un proceso para llevar a cabo la reacción y separación en un flujo de material de proceso de conformidad con las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porque las columnas se configuran para proporcionar al menos un flujo invertido.
6. 6. Un proceso para llevar a cabo la reacción y separación en un flujo de material de conformidad con las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porque al menos se conectan dos columnas al flujo en las mismas en paralelo para proporcionar una configuración de flujo paralelo.
7. 7. Un proceso para llevar a cabo la reacción y separación en un flujo de material de conformidad con las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porgue tiene una zona de proceso de separación/reacción, en donde una o múltiples columnas se conectan conjuntamente para proporcionar una zona de reacción separada dentro de la zona de proceso de separación/reacción.
8. 8. Un proceso para llevar a cabo la reacción y · separación en un flujo de material de conformidad con las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porque tiene una zona de proceso de separación/reacción, en donde una o múltiples columnas se conectan conjuntamente en una zona dentro de la unidad pero fuera de la zona de proceso de separación/reacción. . Un proceso para llevar a cabo una reacción y • separación en un flujo de material de conformidad con las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, que tiene una zona de proceso de separación/reacción, caracterizado porque una o más columnas se conectan para proporcionar un patrón de flujo seleccionado del grupo que consiste de: flujo invertido, flujo paralelo, una zona de reacción separada dentro de una zona de proceso de separación/reacción, zona de reacción separada en una zona dentro de la unidad pero fuera de la zona de proceso de separación/reacción, y una combinación de cualquiera o más de estas configuraciones . 10. Un proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el flujo de proceso contiene sólidos o forma sólidos en el transcurso del proceso . 11. Un proceso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque los sólidos se remueven de la parte superior de al menos una columna, la remoción que es ya sea continua o intermitente. 12. Un proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las columnas se conectan de forma móvil en serie o paralelo a una columna o precedente o una corriente externa para simular un flujo de medios al girar desde una a la siguiente . 13. Un proceso de conformidad con las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porque es para la producción de bisfenol-A. 1 . Un proceso de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque se conectan al menos dos columnas en paralelo a columnas conectadas en configuración en serie, las columnas en paralelo que tienen una dirección de flujo de fluido opuesta al flujo de medios o hacia la parte superior de la columna en paralelo. l . Un proceso de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el material de proceso es acetona y el eluyente es fenol .