PT2114557E - Sistema de produção de poliéster que emprega um reactor de esterificação não agitado - Google Patents

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PT2114557E
PT2114557E PT87258638T PT08725863T PT2114557E PT 2114557 E PT2114557 E PT 2114557E PT 87258638 T PT87258638 T PT 87258638T PT 08725863 T PT08725863 T PT 08725863T PT 2114557 E PT2114557 E PT 2114557E
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Description

ΕΡ 2 114 557/ΡΤ
DESCRIÇÃO "Sistema de produção de poliéster que emprega um reactor de esterificação não agitado"
Antecedentes do invento 1. Campo do invento
Este invento refere-se a um sistema para produção de poliésteres em fase fundida. Noutro aspecto, o invento refere-se a um sistema de esterificação que utiliza um reactor de esterificação prolongado verticalmente que requer pouca ou nenhuma agitação mecânica. 2. Descrição do estado da técnica A polimerização em fase fundida pode ser utilizada para produzir uma variedade de poliésteres, tais como, por exemplo, poli(tereftalato de etileno) (PET). 0 PET é amplamente utilizado em recipientes para bebidas, alimentos, e outros recipientes, assim como em fibras sintéticas e resinas. Avanços na tecnologia de processo aliados à crescente procura conduziram a um mercado cada vez mais competitivo para a produção e comercialização de PET. Como tal, é desejável um processo de elevada eficiência e baixo custo para a produção de PET.
Em geral, as instalações de produção de poliéster em fase fundida, incluindo as utilizadas para fabricar PET, empregam uma secção de esterificação e uma secção de policondensação. Na secção de esterificação, as matérias-primas de polímero (isto é, os reagentes) são convertidas em monómeros e/ou oligómeros de poliéster. Na secção de policondensação, os monómeros de poliéster que saem da secção de esterificação são convertidos num produto polimérico que possui o comprimento de cadeia desejado.
Na maior parte das instalações de produção de poliéster em fase fundida convencionais, a esterificação é realizada em um ou mais reactores agitados mecanicamente, tais como, por exemplo, reactores de tanque agitado continuamente (CSTR). No 2 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ entanto, os CSTR e outros reactores agitados mecanicamente possuem um número de desvantagens que podem resultar em aumento de custos de investimento, de operação e/ou de manutenção para a instalação global de produção de poliéster. Por exemplo, os agitadores mecânicos e os diversos equipamentos de controlo associados tipicamente com os CSTR são complexos, caros, e podem requerer manutenção extensiva. Além disso, os CSTR convencionais empregam frequentemente tubos internos de permuta de calor que ocupam uma porção do volume interno do reactor. Para compensar a perda em volume de reactor efectivo, os CSTR com tubos internos de permuta de calor requerem um maior volume global, o que aumenta os custos de investimento. Para além disso, as serpentinas internas de permuta de calor associadas tipicamente com os CSTR podem interferir indesejavelmente com os padrões de caudal do meio reaccional dentro do vaso, resultando assim numa perda de conversão. Para aumentar a conversão do produto, muitas instalações de produção de poliéster convencionais têm empregado múltiplos CSTR operando em série, o que ainda aumenta os custos de investimento e de operação.
Assim, existe a necessidade de um processo de produção de poliéster de elevada eficiência e que minimize os custos de investimento, operação e manutenção, ao mesmo tempo que maximiza a conversão do produto.
Sumário do invento
Numa concretização do presente invento, é proporcionado um processo que compreende: (a) a submissão de um meio reaccional a esterificação num reactor de esterificação prolongado verticalmente; e (b) opcionalmente, a agitação do meio reaccional no reactor de esterificação, em que menos de 50% da agitação é proporcionada por agitação mecânica.
Noutra concretização do presente invento, é proporcionado um processo que compreende: (a) a submissão de um primeiro meio reaccional a esterificação numa primeira zona de esterificação para desse modo produzir um primeiro produto tendo uma conversão de pelo menos cerca de 70%; e (b) a submissão de pelo menos uma porção do primeiro produto a uma esterificação adicional numa segunda zona de esterificação 3 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ definida por um segundo reactor de esterificação, para desse modo produzir um segundo produto tendo uma conversão de pelo menos cerca de 80%, em que o referido segundo reactor de esterificação define uma entrada de fluido para receber o primeiro produto e uma saida de liquido para descarga do segundo produto, em que a saída de líquido está localizada a uma elevação superior à da entrada de fluido.
Ainda noutra concretização do presente invento, é proporcionado um dispositivo que compreende um vaso reaccional e uma pluralidade de tubos de permuta de calor espaçados verticalmente localizados no vaso reaccional. O vaso reaccional prolonga-se ao longo de um eixo central de prolongamento vertical. O vaso reaccional define uma entrada de fluido, a pluralidade de saídas de líquido espaçadas verticalmente, e uma saída de vapor. A entrada de fluido está localizada a uma elevação inferior à da saída de vapor. As saídas de líquido estão localizadas a uma elevação acima da entrada de fluido e abaixo da saída de vapor.
Breve descrição das Figuras
Certas concretizações do presente invento são seguidamente descritas em detalhe, com referência às Figuras em anexo, onde: A Fig. 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de esterificação de primeira etapa de acordo com uma concretização do presente invento e adequado para utilização numa instalação de produção de poliéster em fase fundida; A Fig. 2 é uma ilustração esquemática de um reactor de esterificação de segunda etapa configurado de acordo com uma concretização do presente invento, e adequado para utilização numa instalação de produção de poliéster em fase fundida, com uma linha A que liga o reactor de esterif icação de segunda etapa da Fig. 2 ao sistema de esterificação de primeira etapa da Fig. 1; e A Fig. 3 é uma vista em corte do reactor de esterificação de segunda etapa da Fig. 2, tomada ao longo da linha 3-3 na Fig. 2. 4 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ
Descrição detalhada 0 presente invento pode ser empregue em instalações de produção de poliéster em fase fundida capazes de produzir uma variedade de poliésteres a partir de uma variedade de materiais de partida. Tal como aqui utilizado, o termo "poliéster" também inclui derivados de poliéster, tais como, por exemplo, poliéterésteres, amidas de poliéster e amidas de poliéteréster. Exemplos de poliésteres em fase fundida que podem ser produzidos de acordo com o presente invento incluem, mas não estão limitados a, homopolímeros e copolimeros de poli(tereftalato de etileno) (PET), PETG (PET modificado com comonómero de 1,4-ciclo-hexano-dimetanol (CHDM)), poliésteres totalmente aromáticos ou cristalinos liquidos, poliésteres biodegradáveis, tais como os que compreendem residuos de butanodiol, ácido tereftálico e ácido adipico, homopolimero e copolimeros de poli(ciclo-hexano-tereftalato de dimetileno), e homopolímeros e copolimeros de CHDM e ciclo-hexano-ácido dicarboxílico ou ciclo-hexano-dicarboxilato de dimetilo.
Numa concretização do presente invento, materiais de partida de poliéster que compreendem pelo menos um álcool e pelo menos um ácido são sujeitos a esterificação numa secção inicial do processo. 0 material de partida de ácido pode ser um ácido dicarboxílico, de modo que o produto de poliéster final compreende pelo menos um resíduo de ácido dicarboxílico possuindo na gama de cerca de 4 a cerca de 15 ou de 8 a 12 átomos de carbono. Exemplos de ácidos dicarboxílico adequados para uso no presente invento podem incluir, mas não estão limitados a, ácido tereftálico, ácido ftálico, ácido isoftálico, ácido naftaleno-2,6-dicarboxílico, ácido ciclo-hexanodicarboxílico, ácido ciclo-hexanodiacético, ácido difenil-4,4'-dicarboxílico, ácido difenil-3,4'-dicarboxílico, ácido 2,2-dimetil-l,3-propanodioldicarboxílico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido adipico, ácido azelaico, ácido sebácico e suas misturas. Numa concretização, o material de partida de ácido pode ser um éster correspondente, tal como tereftalato de dimetilo em vez de ácido tereftálico. 0 material de partida de álcool pode ser um diol, de modo que o produto de poliéster final pode compreender pelo 5 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ menos um resíduo diol, tal como, por exemplo, os que têm origem em dióis cicloalifáticos possuindo na gama de cerca de 3 a cerca de 25 átomos de carbono ou de 6 a 20 átomos de carbono. Dióis adequados podem incluir, mas não estão limitados a, etilenoglicol (EG), dietilenoglicol, trietilenoglicol, 1,4-ciclo-hexano-dimetanol, propano-1,3-diol, butano-1,4-diol, pentano-1,5-diol, hexano-1,6-diol, neopentilglicol, 3-metilpentanodiol-(2,4), 2-metil-pentanediol-(1,4), 2,2,4-trimetilpentano-diol-(1,3), 2-etil-hexanodiol-(1,3), 2,2-dietilpropano-diol-(1,3), hexanodiol-(1,3), 1,4-di-(hidroxietoxi)-benzeno, 2,2-bis-(4-hidroxi-ciclo-hexil)-propano, 2,4-di-hidroxi-l,1,3,3-tetrametil-ciclobutano, 2,2,4,4-tetrametil-ciclobutanodiol, 2,2-bis-(3-hidroxi-etoxifenil)-propano, 2,2-bis-(4-hidroxipropoxi-fenil)-propano, isosorbida, hidroquinona, BDS-(2,2-(sulfonilbis)-4,1-fenilenoxi))bis(etanol), e suas misturas.
Além disso, numa concretização, os materiais de partida podem compreender um ou mais comonómeros. Comonómeros adequados podem incluir, por exemplo, comonómeros que compreendem ácido tereftálico, tereftalato de dimetilo, ácido isoftálico, isoftalato de dimetilo, 2, β-naftaleno-dicarboxilato de dimetilo, ácido 2, β-naftaleno-dicarboxílico, etilenoglicol, dietilenoglicol, 1, 4-ciclo-hexano-dimetanol (CHDM), 1,4-butanodiol, politetrametilenoglicol, trans-DMCD, anidrido trimelítico, ciclo-hexano-1,4-dicarboxilato de dimetilo, decalina-2,β-dicarboxilato de dimetilo, decalina-dimetanol, 2,β-dicarboxilato de deca-hidronaftalano, 2,6-di-hidroximetil-deca-hidronaftaleno, hidroquinona, ácido hidroxibenzóico, e suas misturas.
De acordo com uma concretização do presente invento, um ou mais aditivos podem ser adicionados aos materiais de partida, ao poliéster, e/ou aos precursores de poliéster em um ou mais locais dentro do processo. Aditivos adequados podem incluir, por exemplo, comonómeros trifuncionais ou tetrafuncionais, tais como anidrido trimelítico, trimetilol-propano, dianidrido piromelítico, pentaeritritol, ou outros poliácidos ou polióis; agentes de reticulação ou ramificação; corante; toner; pigmento; negro de fumo; fibra de vidro; inerte; modificador de impacto; antioxidante; composto absorvedor de UV; e composto eliminador de oxigénio. 6 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ
Em geral, ο processo de produção de poliéster de acordo com uma concretização do presente invento pode empregar duas secções principais. A primeira secção faz reagir os materiais de partida (também aqui referidos como "matérias-primas" ou "reagentes") em monómeros e/ou oligómeros. A segunda secção faz reagir ulteriormente os monómeros e/ou oligómeros no produto de poliéster final.
Se os materiais de partida que entram na primeira secção incluem grupos terminais ácidos, tais como, por exemplo, ácido tereftálico ou ácido isoftálico, a primeira secção pode ser referida como de esterificação. Se os materiais de partida possuem grupos terminais metilo, tais como, por exemplo, tereftalato de dimetilo ou isoftalato de dimetilo, a primeira secção pode ser referida como de permuta de éster ou de trans-esterificação. Para simplicidade, o termo "esterificação", tal como aqui utilizado, inclui tanto reacções de esterificação como de permuta de éster. Como tal, se a primeira secção é usada para esterificação, permuta de éster ou trans-esterificação, pode ser referida como a "secção de esterificação" do processo. De acordo com uma concretização do presente invento, a esterificação pode ser realizada em uma ou mais etapas da secção de esterificação a uma temperatura na gama de cerca de 220°C a cerca de 300°C, ou cerca de 235°C a cerca de 290°C, ou de 245°C a 280°C e uma pressão inferior a cerca de 25 psig, ou uma pressão na gama de cerca de 1 psig a cerca de 10 psig, ou de 2 psig a 5 psig. Numa concretização, o comprimento de cadeia médio do monómero e/ou oligómero que sai da secção de esterif icação pode ser inferior a cerca de 25, ou de cerca de 1 a cerca de 20, ou de 5 a 15. A segunda secção do processo pode ser referida como secção de policondensação. A secção de policondensação pode empregar um processo num passo único, ou pode ser dividida num passo de pré-policondensação (ou pré-polimerização) e num passo final de policondensação (ou de acabamento). Em geral, podem ser produzidos polímeros de cadeia mais comprida via um processo de policondensação em multi-etapas. Em geral, a policondensação pode ser realizada na secção de policondensação a uma temperatura na gama de cerca de 220°C a cerca de 350°C, ou cerca de 240°C a cerca de 320°C e a 7 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ pressão sub-atmosférica (por exemplo, vácuo). Quando a policondensação é realizada num processo em duas etapas, o reactor de pré-polimerização (ou de pré-polímero) pode converter o monómero que sai da secção de esterificação num oligómero possuindo um comprimento de cadeia médio na gama de cerca de 2 a cerca de 40, de cerca de 5 a cerca de 35, ou de 10 a 30. O reactor de acabamento converte depois a mistura de oligómero/polímero num produto de polímero final que possui o desejado comprimento de cadeia médio, tipicamente superior a cerca de 30, superior a 50, superior a cerca de 75, ou superior a 90.
Uma secção de esterificação em multi-etapas configurada de acordo com uma concretização do presente invento é ilustrada nas Figs. 1-3. Em particular, a Fig. 1 ilustra um sistema de esterificação de primeira etapa exemplar, enquanto as Figs. 2 e 3 ilustram um reactor de esterif icação de segunda etapa exemplar. A secção de esterificação em multi-etapas das Figs. 1-3 será agora descrita com maior detalhe.
Referindo agora a Fig. 1, um sistema de esterificação de primeira etapa 10 configurado de acordo com uma concretização do presente invento é ilustrado como em geral compreendendo um permutador de calor 12, um vaso de esterif icação 14, uma coluna de destilação 16, e um circuito de recirculação 18. Em geral, o processo realizado no sistema de esterificação de primeira etapa 10 inclui os seguintes passos gerais: (1) introdução de uma alimentação de esterificação no permutador de calor 12; (2) aquecimento e esterificação parcial da alimentação de esterificação no permutador de calor 12; (3) introdução de pelo menos uma porção do produto aquecido e parcialmente esterificado proveniente do permutador de calor 12 no vaso de esterificação 14; (4) esterificação adicional do produto parcialmente esterificado do permutador de calor 12 no vaso de esterif icação 14; (5) separação de um produto líquido de um subproduto em vapor no vaso de esterificação 14; (6) introdução de pelo menos uma porção do subproduto em vapor do vaso de esterificação 14 na coluna de destilação 16; (7) separação do subproduto em vapor numa corrente de topo predominantemente de água e numa corrente de fundo predominantemente de álcool na coluna de destilação 16; (8) condução de uma porção de recirculação do produto líquido do 8 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ vaso de esterificação 14 de volta para o permutador de calor 12 via circuito de recirculação 18; (9) enquanto a porção de recirculação do produto liquido flui através do circuito de recirculação 18, adição de álcool recirculado proveniente da coluna de destilação 16, álcool fresco, aditivo(s) e/ou ácido; e (10) remoção de uma porção de produto do produto liquido do vaso de esterificação 14 para processamento ulterior a jusante.
Como indicado anteriormente, a esterificação de primeira etapa pode ser realizada tanto no permutador de calor 12 como no vaso de esterif icação 14 do sistema de esterif icação 10. Como tal, o permutador de calor 12 e o vaso de esterificação 14 podem cada um ser referidos como "reactores de esterificação de primeira etapa" dado que cada um define uma porção de uma "zona de esterificação de primeira etapa". No entanto, porque uma função adicional do permutador de calor 12 pode ser o aquecimento do meio reaccional ai processado, o permutador de calor 12 também pode ser referido como um "aquecedor" que define uma "zona de aquecimento". Além disso, dado que uma função adicional do vaso de esterif icação 14 pode ser a promoção de uma separação vapor/líquido, o vaso de esterificação 14 também pode ser referido como um "vaso de separação" que define uma "zona de separação". A configuração e operação do sistema de esterificação de primeira etapa 10, ilustrado na Fig. 1, serão agora descritas com maior detalhe.
Referindo de novo a Fig. 1, uma corrente de produto líquido recirculado, discutida a seguir com maior detalhe, é transportada através de uma conduta de recirculação 100 do sistema de esterificação de primeira etapa 10. Tal como ilustrado na Fig. 1, os seguintes materiais podem ser adicionados à corrente de produto líquido recirculado que flui através da conduta de recirculação 100: (a) álcool fresco adicional introduzido via conduta 104 e (b) um ou mais aditivos introduzidos via conduta 106. Noutra concretização, pelo menos uma porção de uma ou mais correntes nas condutas 104 e/ou 106 pode ser adicionada à corrente que sai do vaso de esterificação 14 na conduta 114, o que é discutido adiante em detalhe. Ainda noutra concretização, pelo menos uma porção de uma ou mais correntes nas condutas 104 e/ou 106 pode ser introduzida directamente numa bomba de recirculação 40 ainda 9 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ por discutir. 0 álcool fresco na conduta 104 pode ser qualquer dos álcoois anteriormente discutidos como sendo adequados para uso como materiais de partida no sistema do presente invento. De acordo com uma concretização, o álcool pode ser etilenoglicol. O um ou mais aditivos na conduta 106 pode ser qualquer dos aditivos discutidos anteriormente como sendo adequados para uso no sistema do presente invento. Ácido adicional da conduta 108 pode também ser adicionado à corrente que flui através da conduta de recirculação 100. O ácido introduzido na conduta de recirculação 100 via conduta 108 pode ser qualquer dos ácidos anteriormente discutidos como sendo adequados para uso como materiais de partida no sistema do presente invento. O ácido na conduta 108 pode estar sob a forma de liquido, lama, pasta ou sólidos secos. Numa concretização, o ácido na conduta 108 pode ser partículas sólidas de ácido tereftálico.
Numa concretização do presente invento, o ácido na conduta 108 é adicionado à corrente de recirculação na conduta 100 sob a forma de pequenas partículas sólidas, substancialmente secas (por exemplo, um pó) . Numa tal concretização, o ácido alimentado à conduta 100 pode conter menos de cerca de 5% em peso, menos de cerca de 2% em peso, ou menos de 1% em peso de liquido. Este processo de adição de ácido seco pode eliminar a necessidade de tanques agitados mecanicamente, complexos e caros, utilizados tradicionalmente para converter as partículas de ácido sólidas num pasta ou lama antes da introdução da mistura resultante no processo de esterificação.
Tal como ilustrado na Fig. 1, pode ser empregue um redutor de pressão 20 para permitir a adição directa de um reagente de ácido sólido na conduta de recirculação 100 sem estar na forma de uma pasta ou lama. Numa concretização do presente invento, o reagente de ácido sólido pode ser adicionado à conduta de recirculação 100 num local em que a pressão da corrente de recirculação foi reduzida via redutor de pressão 20. O redutor de pressão 20 pode ser qualquer dispositivo conhecido no estado da técnica por ser capaz de reduzir a pressão de uma corrente primariamente fluida, de modo que o material pode ser adicionado à corrente de pressão 10 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ reduzida via uma abertura próxima da zona de pressão reduzida. Um eductor é um exemplo de um dispositivo adequado para uso como redutor de pressão 20.
Tal como ilustrado na Fig. 1, o reagente de ácido sólido na conduta 108 pode ser adicionado ao circuito de recirculação 18 a jusante dos pontos de injecção do álcool adicional e do aditivo. Além disso, pode ser vantajoso introduzir o reagente de ácido sólido na porção de topo da conduta de recirculação 100, de modo a agilizar a dissolução das partículas de ácido sólidas à medida que entram na corrente de recirculação. A presença de monómeros e/ou oligómeros de poliéster na corrente de recirculação também pode aumentar a dissolução das partículas de ácido sólidas adicionadas à conduta de recirculação 100. Numa concretização do presente invento, a corrente na conduta de recirculação 100 pode ter um comprimento de cadeia médio na gama de cerca de 1 a cerca de 20, de cerca de 2 a cerca de 18, ou de 5 a 15.
Em geral, a quantidade de álcool e de ácido adicionada à corrente de recirculação na conduta de recirculação 100 pode ser qualquer quantidade necessária para proporcionar o desejado caudal de produção e a desejada razão álcool-para-ácido. Numa concretização do presente invento, a razão molar álcool-para-ácido da corrente de alimentação de esterificação que sai da conduta de recirculação 100 está na gama de cerca de 1,005:1 a cerca de 10:1, de cerca de 1,01:1 a cerca de 8:1, ou de 1,05:1 a 6:1. A corrente combinada que sai da conduta de recirculação 100 e/ou redutor de pressão 20 pode ser introduzida como uma alimentação de esterificação na entrada 22 do permutador de calor 12 via uma conduta de alimentação 110. No permutador de calor 12, a alimentação de esterificação/meio reaccional é aquecida e sujeita a condições de esterificação. De acordo com uma concretização do presente invento, o aumento de temperatura do meio reaccional entre a entrada 22 e uma saída 24 do permutador de calor 12 pode ser pelo menos de cerca de 50°F, pelo menos de cerca de 75°F, ou pelo menos de 85°F. Em geral, a temperatura da alimentação de esterificação que entra na entrada 22 do permutador de calor 12 pode estar na gama de cerca de 220°C a cerca de 260°C, de cerca de 230°C a 11 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ cerca de 250°C, ou de 235°C a 245°C. Em geral, a temperatura do produto de esterificação que sai pela saída 24 do permutador de calor 12 pode estar na gama de cerca de 240°C a cerca de 320°C, de cerca de 255°C a cerca de 300°C, ou de 275°C a 290°C. 0 meio reaccional no permutador de calor 12 pode ser mantido a uma pressão na gama de cerca de 5 a cerca de 50 psig, de cerca de 10 a cerca de 35 psig, ou de 15 a 25 psig.
Como discutido previamente, o permutador de calor 12 também pode ser considerado um reactor de esterificação porque pelo menos uma porção do meio reaccional que flui através do mesmo pode sofrer esterificação. A quantidade de esterificação realizada de acordo com o presente invento pode ser quantificada em termos de "conversão". Tal como aqui utilizado, o termo "conversão" é utilizado para descrever uma propriedade da fase líquida de uma corrente que foi sujeita a esterificação, em que a conversão da corrente esterificada indica a percentagem dos grupos terminais ácido originais que foram convertidos (isto é, esterifiçados) em grupos éster. A conversão pode ser quantificada como o número de grupos terminais convertidos (isto é, grupos terminais álcool) dividido pelo número total de grupos terminais (isto é, grupos terminais álcool mais ácido), expresso como uma percentagem. Embora seja aqui utilizada a conversão, deve ser entendido que o comprimento de cadeia médio, que descreve o número médio de unidades de monómero que um composto compreende, também poderia igualmente ser apropriado para descrever as características das correntes do presente invento.
De acordo com uma concretização, a reacção de esterificação realizada no permutador de calor 12 pode aumentar a conversão do meio reaccional entre a entrada 22 e a saída 24 em pelo menos cerca de 5, pelo menos cerca de 10, pelo menos cerca de 15, pelo menos cerca de 20, pelo menos cerca de 30, ou pelo menos 50 pontos percentuais. Em geral, a corrente de alimentação de esterificação introduzida na entrada 22 do permutador de calor 12 tem uma conversão inferior a cerca de 90%, inferior a cerca de 75%, inferior a cerca de 50%, inferior a cerca de 25%, inferior a cerca de 10%, ou inferior a 5%, enquanto que a corrente de produto de 12 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ esterificação que sai na saída 24 do permutador de calor 12 tem uma conversão de pelo menos cerca de 50%, pelo menos cerca de 60%, pelo menos cerca de 70%, pelo menos cerca de 75%, pelo menos cerca de 80%, pelo menos cerca de 85%, pelo menos cerca de 95%, ou pelo menos de 98%.
Numa concretização do presente invento, a reacção de esterificação realizada no permutador de calor 12 tem lugar num tempo de residência significativamente reduzido em relação aos processos de esterificação convencionais. Por exemplo, o tempo de residência médio do meio reaccional que flui através do permutador de calor 12 pode ser inferior a cerca de 60 minutos, inferior a cerca de 45 minutos, inferior a cerca de 35 minutos, ou inferior a 20 minutos. Este tempo de residência relativamente curto pode ainda ser conseguido a caudais de produção elevados, à escala comercial. Assim, numa concretização, a corrente de produto que sai na saída 24 do permutador de calor 12 a um caudal de pelo menos cerca de 10000 libras por hora (lb/h), pelo menos cerca de 25000 lb/h, pelo menos cerca de 50000 lb/h, ou pelo menos 100000 lb/h.
Passe-se agora à configuração específica do permutador de calor 12. De acordo com uma concretização do presente invento, o permutador de calor 12 pode ser um permutador de calor que se prolonga horizontalmente, de carcaça e tubos. Uma passagem de fluido interna através do permutador de calor 12 pode ser definida pelos tubos de permuta de calor através dos quais o meio reaccional flui à medida que é aquecido e esterifiçado. Esta passagem de fluido interna pode ser considerada como uma "primeira zona de esterificação" do sistema de esterificação de primeira etapa 10. Em geral, o volume agregado da passagem de fluido interna através do permutador de calor pode estar na gama de cerca de 10 a cerca de 1500 pés cúbicos (ft3) , de cerca de 100 a cerca de 800 ft3, ou de 200 a 600 ft3. O diâmetro interno médio dos tubos individuais de permuta de calor pode ser inferior a cerca de 4 polegadas, ou na gama de cerca de 0,25 a cerca de 3 polegadas, ou de 0,5 a 2 polegadas.
Como se mostra na Fig. 1, uma corrente de meio de transferência de calor (MTC) aquecido pode entrar no lado da carcaça do permutador de calor 12 e pelo menos parcialmente 13 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ rodear pelo menos uma porção dos tubos de permuta de calor de modo a aquecer o meio reaccional que flui através dos mesmos. Numa concretização do presente invento, o coeficiente de transferência de calor associado com o aquecimento do meio reaccional no permutador de calor 12 pode estar na gama de cerca de 0,5 a cerca de 200 BTU por hora por °F por pé quadrado (BTU/h · °F · ft2) , de cerca de 5 a cerca de 100 BTU/h-°F · ft2, ou de 10 a 50 BTU/h · °F · ft2. A quantidade total de calor transferido para o meio reaccional no permutador de calor 12 pode estar na gama de cerca de 100 a cerca de 5000 BTU por libra de meio reaccional (BTU/lb), de cerca de 400 a cerca de 2000 BTU/lb, ou de 600 a 1500 BTU/lb.
Como se mostra na Fig. 1, o produto parcialmente esterificado que sai do permutador de calor 12 via saida 24 pode ser transportado para o vaso de esterif icação 14 via conduta 112. A corrente parcialmente esterificada na conduta 112 pode ser introduzida no volume interno do vaso de esterificação 14 via entrada de fluido 26. Como anteriormente discutido, no vaso de esterificação 14, a corrente parcialmente esterificada é sujeita a esterificação adicional e separação de fases. Como tal, o volume interno definido dentro do vaso de esterificação 14 pode ser considerado como uma "zona de esterificação" e/ou uma "zona de separação". Em geral, o meio reaccional no vaso de esterif icação 14 flui substancialmente horizontalmente através do volume interno. À medida que o meio reaccional flui e se afasta da entrada de fluido 26 e sofre esterificação, subprodutos em vapor libertam-se da fase líquida e fluem em geral para acima da fase líquida. O produto líquido separado pode sair do vaso de esterificação 14 via saída de líquido 28, enquanto o subproduto em vapor separado também pode sair do vaso de esterificação 14 via saída de vapor 30. A reacção de esterificação realizada no vaso de esterificação 14 pode aumentar a conversão do meio reaccional aí processado, de modo que o produto líquido que sai na saída de líquido 28 apresenta uma conversão que é pelo menos cerca de 1 ponto percentual, pelo menos cerca de 2 pontos percentuais, ou pelo menos 5 pontos percentuais superior à conversão da corrente de fluido que entra na entrada de fluido 26. Em geral, o produto líquido que sai na saída de 14 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ líquido 28 do vaso de esterificação 14 pode ter uma conversão de pelo menos cerca de 80%, pelo menos cerca de 85%, pelo menos cerca de 90%, pelo menos 95%, ou pelo menos cerca de 98%. A conversão conseguida no vaso de esterificação 14 pode ocorrer durante um tempo de residência relativamente curto e com pouco ou nenhum fornecimento de calor. Por exemplo, o tempo de residência médio do meio reaccional no vaso de esterificação 12 pode ser inferior a cerca de 200 minutos, inferior a cerca de 60 minutos, inferior a cerca de 45 minutos, inferior a cerca de 30 minutos, ou inferior a 15 minutos. Além disso, a quantidade de calor transferida para o meio reaccional no vaso de esterificação 14 pode ser inferior a cerca de 100 BTU por libra de meio reaccional (BTU/lb) , inferior a cerca de 20 BTU/lb, inferior a cerca de 5 BTU/lb, ou inferior a 1 BTU/lb.
Com um fornecimento mínimo ou nulo de calor no vaso de esterificação 14, a temperatura média do produto líquido que sai na saída de líquido 28 do vaso de esterif icação 14 pode estar a cerca de 50°C, cerca de 30°C, cerca de 20°C, ou 15°C da temperatura média do fluido que entra no vaso de esterificação 14 via entrada de fluido 26. Em geral, a temperatura média do produto líquido que sai na saída de líquido 28 do vaso de esterificação 14 pode estar na gama de cerca de 220°C a cerca de 320°C, de cerca de 240°C a cerca de 300°C, ou cerca de 250°C a cerca de 275°C.
Passe-se agora à configuração específica do vaso de esterificação 14. Na concretização ilustrada na Fig. 1, o vaso de esterif icação 14 é um vaso prolongado horizontalmente, em geral cilíndrico, não aquecido, não agitado e substancialmente vazio. O vaso de esterificação 14 pode ter uma razão comprimento-para-diâmetro (L:D) inferior a cerca de 10:1, na gama de cerca de 1,25:1 a cerca de 8:1, de cerca de 1,5:1 a cerca de 6:1, ou de 2:1 a 4,5:1. Numa concretização, a entrada de fluido 26, a saída de líquido 28, e a saída de vapor 30 estão distanciadas entre si de um modo que proporciona uma esterificação suficiente e que melhora o afastamento/separação das fases de vapor, líquido e espuma. Por exemplo, a saída de líquido 28 e saída de vapor 30 podem 15 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ estar espaçadas horizontalmente da entrada de fluido 26 por pelo menos cerca de 1,25D, pelo menos cerca de 1,5D, ou pelo menos 2,0D. Além disso, a saida de liquido 28 e sarda de vapor 30 podem estar espaçadas verticalmente entre si por pelo menos cerca de 0,5D, pelo menos cerca de 0,75D, ou pelo menos 0,95D.
Tal como ilustrado na Fig. 1, o vaso de esterificação 14 pode compreender um distribuidor de fluido 32 para ajudar na distribuição eficaz da alimentação ao vaso de esterificação 14. Na concretização ilustrada na Fig. 1, o distribuidor de fluido é simplesmente um tubo que se prolonga substancialmente horizontalmente e que possui uma extremidade distai curvada para baixo que define a entrada de fluido 26 com uma orientação voltada para baixo. Em alternativa, o distribuidor de fluido 32 pode definir uma pluralidade de aberturas para descarga a alimentação parcialmente esterificada em múltiplos locais espaçados horizontalmente no vaso de esterificação 14. Numa concretização do presente invento, a profundidade média do meio reaccional no vaso de esterif icação 14 é mantida inferior a cerca de 0,75D, inferior a cerca de 0,50D, inferior a cerca de 0,25D, ou inferior a 0,15D enquanto viaja substancialmente horizontalmente através do vaso de esterificação 14.
Como se mostra na Fig. 1, ao entrar no vaso de esterificação 14, o meio reaccional que sai do distribuidor de fluido 32 pode formar espuma à medida que as bolhas de vapor se separam da porção de liquido do meio reaccional. Em geral, a produção de espuma pode diminuir ao longo do comprimento do vaso de esterificação 14 à medida que o vapor se separa da fase liquida do meio reaccional, de modo que, numa concretização, substancialmente nenhuma espuma sai pela saida de liquido 28 e/ou saida de vapor 30 do vaso de esterificação 14.
Para ajudar a assegurar que substancialmente nenhuma espuma sai pela saida de vapor 30 do vaso de esterif icação 14, pode utilizar-se um deflector 34 que se prolonga para baixo no vaso de esterif icação 14. O deflector 34 pode em geral estar disposto entre a entrada de fluido 26 e a saída de vapor 30 do vaso de esterificação 14, mas mais próximo da 16 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ saída de vapor 30 que da entrada de fluido 26. O deflector 34 pode prolongar-se para baixo a partir do topo do vaso de esterificação 14 próximo da saída de vapor 30 e pode funcionar como bloqueio fisico do caudal de espuma, se existir, em direcção à saída de vapor 30. Numa concretização do presente invento, o deflector 34 pode apresentar um rebordo de fundo espaçado verticalmente pelo menos cerca de 0,25D, pelo menos cerca de 0,5D, ou pelo menos 0,75D a partir do fundo do vaso de esterificação 14. Na concretização ilustrada na Fig. 1, o deflector inclui uma porção 36 que se prolonga para baixo e uma porção 38 que se prolonga lateralmente. A porção 36 que se prolonga para baixo pode prolongar-se para baixo a partir de um local próximo da saída de vapor 30, enquanto que a porção 38 que se prolonga lateralmente pode prolongar-se transversalmente a partir da extremidade de fundo da porção 36 que se prolonga para baixo, até um local em geral sob a saída de vapor 30. O volume interno total definido dentro do vaso de esterificação 14 pode depender de um número de factores, incluindo, por exemplo, os requisitos hidrodinâmicos globais do sistema de esterificação 10. Numa concretização do presente invento, o volume interno total do vaso de esterificação 14 pode ser pelo menos cerca de 25%, pelo menos cerca de 50%, pelo menos cerca de 75%, pelo menos cerca de 100%, ou pelo menos 150% do volume interno total do circuito de recirculação 18, descrito em seguida com maior detalhe. Ainda noutra concretização do presente invento, o volume interno total do vaso de esterif icação 14 pode ser pelo menos cerca de 25%, pelo menos cerca de 50%, pelo menos cerca de 75%, ou pelo menos 150% do agregado de volume interno do circuito de recirculação 18, passagem de fluido dentro do permutador de calor 12, e conduta de produto 112.
Referindo de novo a Fig. 1, a corrente de vapor que sai na saída de vapor 30 do vaso de esterificação 14 via conduta 120 pode ser conduzida para uma entrada de fluido 42 da coluna de destilação 16. A corrente de subproduto em vapor na conduta 120 pode compreender água e álcool. A água e o álcool podem ser substancialmente separados entre si na coluna de destilação 16 para desse modo se produzir uma corrente de vapor de topo predominantemente de água que sai da coluna de 17 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ destilação 16 via saída de topo 44 e uma corrente de líquido de fundo predominantemente de álcool que sai da coluna de destilação 16 via saída inferior 46. A coluna de destilação 16 pode ser qualquer dispositivo capaz de separar uma corrente num produto de topo predominantemente de vapor e num produto de fundo predominantemente de líquido com base nas volatilidades relativas dos componentes da corrente de alimentação. A coluna de destilação 16 pode compreender componentes internos tais como, por exemplo, pratos, enchimento aleatório, enchimento estruturado, ou qualquer sua combinação.
De acordo com uma concretização do presente invento, a corrente de vapor de topo predominantemente de água que sai da coluna de destilação 16 via saída de topo 44 pode compreender pelo menos cerca de 50% molar, pelo menos cerca de 60% molar, ou pelo menos 75% molar de água. O produto de vapor de topo descarregado pela saída 44 da coluna de destilação 16 pode ser conduzido via conduta 122 para processamento subsequente, armazenamento ou descarte, tal como, por exemplo, uma unidade de processamento de águas residuais ou meios de descarte que empreguem, por exemplo, incineração. A corrente de liquido de fundo predominantemente de álcool que sai da coluna de destilação 14 via saída inferior 46 pode compreender pelo menos cerca de 50% molar, pelo menos cerca de 60% molar, ou pelo menos 75% molar de álcool (por exemplo, etilenoglicol) . Numa concretização do presente invento, a corrente predominantemente de álcool retirada da saída inferior 46 da coluna de destilação 16 pode ter uma temperatura de pelo menos cerca de 150°C, na gama de cerca de 1750C a cerca de 250°C, ou de 190°C a 230°C e uma pressão na gama de cerca de 0,25 psig a cerca de 50 psig, de cerca de 0,5 psig a cerca de 35 psig, ou de 1 psig a 25 psig. Como se mostra na Fig. 1, a corrente de líquido descarregada pela saída inferior 46 da coluna de destilação pode ser conduzida via conduta 124 para processamento ulterior, armazenamento e/ou reutilização.
Tal como ilustrado na Fig. 1, um produto de éster líquido pode sair pela saída de líquido 28 do vaso de 18 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ esterificação 14 e pode posteriormente ser introduzido no circuito de recirculação 18. 0 circuito de recirculação 18 define uma passagem de fluido desde a saida de liquido 28 do vaso de esterif icação 14 até à entrada 22 do permutador de calor 12. O circuito de recirculação 18 em geral compreende uma conduta 114 de produto liquido, uma bomba de recirculação 40, uma conduta 116 de descarga da bomba, uma conduta de recirculação 100, um redutor de pressão 20, e uma conduta 110 de alimentação. O produto de éster liquido descarregado do vaso de esterificação 14 pode fluir inicialmente através da conduta de produto 114 até à sucção da bomba de recirculação 40. A corrente que sai da bomba 40 pode ser passada através da conduta 116 de descarga da bomba e depois dividida numa porção de produto transportada via conduta 118 de produto de éster e numa porção de recirculação transportada via conduta de recirculação 100. A divisão da corrente que sai da bomba 40 pode ser realizada de modo a que a razão do caudal mássico da porção de recirculação na conduta 100 para o caudal mássico da porção de produto na conduta 118 pode estar na gama de cerca de 0,25:1 a cerca de 30:1, de cerca de 0,5:1 a cerca de 20:1, ou de 2:1 a 15:1. Tal como discutido previamente, a porção de recirculação na conduta 100 pode eventualmente ser empregue como alimentação para o permutador de calor 12, após adição de álcool fresco via conduta 104, aditivo(s) via conduta 106, e/ou ácido via conduta 108. A porção de produto do produto de éster liquido na conduta 118 pode ser conduzida até um ponto a jusante para processamento ulterior, armazenamento, ou outra utilização. Numa concretização, pelo menos uma fracção da porção de produto na conduta 118 pode ser sujeita a esterificação adicional num reactor de esterificação de segunda etapa, descrito seguidamente em detalhe.
Referindo agora a Fig. 2, uma porção do produto proveniente do sistema de esterificação de primeira etapa 10 (Fig. 1) pode ser conduzido para uma entrada de fluido 48 de um reactor de esterificação de segunda etapa 50 (Fig. 2) via conduta A. No reactor de esterificação de segunda etapa 50, o meio reaccional é aquecido e sujeito a condições de esterificação. No entanto, em contraste com os CSTR do estado da técnica, complexos e de manutenção intensiva, o reactor de 19 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ esterificação de segunda etapa 50 pode ser um simples e confiável vaso reaccional que proporciona pouca ou nenhuma agitação mecânica ao meio reaccional nele processado. Numa concretização do presente invento, menos de cerca de 50%, menos de cerca de 25%, menos de cerca de 10%, menos de cerca de 5%, ou substancialmente nenhuma da agitação proporcionada ao meio reaccional no reactor de esterificação de segunda etapa 50 é proporcionada por agitação mecânica. Noutra concretização, o reactor de esterificação de segunda etapa 50 não está equipado com um agitador, como ilustrado na Fig. 2.
Numa concretização, o calor proporcionado dentro do reactor de esterificação de segunda etapa 50 aumenta a temperatura do meio reaccional em pelo menos cerca de 5°F, pelo menos cerca de 10°F, ou pelo menos 25°F. Em geral, a temperatura de entrada do meio reaccional pode estar na gama de cerca de 200°C a cerca de 300°C, de cerca de 225°C a cerca de 280°C, ou de 240°C a 270°C, enquanto a temperatura de saida pode estar na gama de cerca de 230°C a cerca de 310°C, de cerca de 240°C a cerca de 290°C, ou de 245°C a cerca de 275°C. A pressão de topo no reactor de esterificação de segunda etapa 50 pode ser mantida a uma pressão inferior a cerca de 25 psig, inferior a cerca de 15 psig, ou inferior a 5 psig.
Como resultado da esterificação realizada no reactor de esterificação de segunda etapa 50, a corrente que entra no reactor de esterificação de segunda etapa 50 via entrada de fluido 48 pode sofrer um aumento na conversão de pelo menos cerca de 2 pontos percentuais, pelo menos cerca de 5 pontos percentuais, ou pelo menos 10 pontos percentuais entre a entrada de fluido 48 e a saida de liquido 52 do reactor de esterificação de segunda etapa 50. Tipicamente, a corrente que entra na entrada de fluido 48 do reactor de esterificação de segunda etapa 50 pode ter uma conversão de pelo menos cerca de 70%, pelo menos cerca de 75%, ou pelo menos 80%, enquanto a corrente que sai do reactor de esterificação de segunda etapa 50 via conduta 130 pode ter uma conversão de pelo menos cerca de 80%, pelo menos cerca de 90%, pelo menos cerca de 95%, ou pelo menos 98%. Em geral, o tempo de residência do meio reaccional no vaso de esterificação 50 pode ser superior a cerca de 45 minutos, superior a cerca de 60 minutos, ou superior a cerca de 70 minutos. 20 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ
Passe-se agora à configuração específica do reactor de esterificação de segunda etapa 50. Na concretização ilustrada na Fig. 2, o reactor de esterif icação de segunda etapa 50 é um vaso não agitado, substancialmente cilíndrico, prolongado verticalmente, com um diâmetro máximo (D) e uma razão altura-para-diâmetro (H:D) na gama de cerca de 1,15:1 a cerca de 10:1, ou cerca de 1,25:1 a cerca de 8:1, ou de 1,4:1 a 6:1. O reactor de esterificação de segunda etapa 50 pode compreender uma parede da extremidade inferior 54, uma parede lateral substancialmente cilíndrica 56, e uma parede da extremidade superior 58, as quais definem respectivamente uma entrada de fluido 48, pelo menos uma saída de líquido 52, e uma saída de vapor 60. Numa concretização, a parede lateral 56 pode compreender uma pluralidade de saídas de líquido espaçadas verticalmente, ilustradas na Fig. 2 como saídas de líquido superior, mediana e inferior, 52a, 52b e 52c. A entrada de fluido 48, as saídas de liquido 52a-c e a saída de vapor 60 podem estar espaçadas entre si de um modo que maximiza a conversão do meio reaccional que flui através do reactor de esterificação de segunda etapa 50 relativamente aos CSTR do estado da técnica. Por exemplo, a entrada de fluido 48 pode estar posicionada a uma elevação inferior à das saídas de líquido 52a-c, e a saída de vapor 60 pode estar localizada a uma elevação superior à das saldas de liquido 52a-c. De acordo com uma concretização, a entrada de fluido 48 pode estar localizada na porção inferior (por exemplo, no terço inferior), as saídas de líquido 52a-c podem estar localizadas nas porções mediana e/ou superior (por exemplo, no terço mediano e/ou nos dois terços superiores), e a saída de vapor 60 pode estar localizada na porção de topo (por exemplo, no terço superior) do reactor de esterificação de segunda etapa 50 .
Referindo agora a Fig. 3, numa concretização, a entrada de fluido 48 e/ou saídas de líquido 52 podem estar espaçadas radial e/ou circunferencialmente entre si, de um modo que maximiza a conversão do meio reaccional no reactor de esterificação de segunda etapa 50 relativamente aos CSTR convencionais. Tal como ilustrado na Fig. 3, o reactor de esterificação de segunda etapa 50 pode definir um eixo central 62 de prolongamento vertical a partir do qual a 21 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ entrada de fluido 48 e/ou saídas de líquido 52 podem estar espaçadas radialmente pelas distâncias respectivas r± e r0. Numa concretização, ri pode ser pelo menos cerca de 0,15D, pelo menos cerca de 0,25D, ou pelo menos 0,4D, onde "D" é a dimensão horizontal máxima do volume definido dentro de reactor de esterificação 50. Numa concretização, r0 pode ser pelo menos cerca de 0,4D, pelo menos cerca de 0,45D, ou pelo menos 0,5D. Para além de estarem espaçadas radialmente do eixo central 62, a entrada de fluido 48 e saídas de líquido 52 podem estar espaçadas circunferencialmente entre si por um ângulo Θ, tal como ilustrado na Fig. 3. Numa concretização, Θ pode ser pelo menos cerca de 45°, pelo menos cerca de 90°, pelo menos cerca de 120°, ou pelo menos cerca de 175°.
Referindo novamente a Fig. 2, o reactor de esterificação de segunda etapa 50 pode proporcionar calor para o meio reaccional que flui através do mesmo via a pluralidade de elementos internos de transferência de calor espaçados verticalmente, posicionados em geral acima da entrada de fluido 48 e abaixo da saída de vapor 60. Numa concretização, os elementos de transferência de calor podem ser tubos de permuta de calor. Os tubos podem estar dispostos em dois ou mais grupos verticalmente espaçados, tais como um grupo superior, mediano e inferior, 64a, 64b e 64c, tal como ilustrado na Fig. 2. Cada grupo de tubos de permuta de calor pode receber uma corrente de meio de transferência de calor (MTC) aquecido através das correspondentes entradas de MTC superior, mediana e inferior, 66a, 66b e 66c. O MTC flui depois através dos tubos, de modo a aquecer o meio reaccional no reactor de esterificação de segunda etapa 50. Numa concretização do presente invento, o coeficiente de transferência de calor associado com o aquecimento do meio reaccional no reactor de esterificação de segunda etapa 50 pode estar na gama de cerca de 10 a cerca de 150 BTU por hora por pé quadrado por °F (BTU/h·ft2 · °F) , de cerca de 25 a cerca de 100 BTU/h·ft2 · °F, ou de 35 a 80 BTU/h·ft2 · °F . A quantidade total de calor transferida para o meio reaccional no reactor de esterificação de segunda etapa 50 pelos elementos de transferência de calor pode estar na gama de cerca de 100 a cerca de 5000 BTU por libra de meio reaccional (BTU/lb), de cerca de 400 a cerca de 2000 BTU/lb, ou de 600 a 1500 BTU/lb. O MTC arrefecido sai dos grupos superior, mediano e inferior 22 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ de tubos de permuta de calor 64a-c via as respectivas saídas de MTC (não mostradas) e pode ser subsequentemente recirculado através do sistema de MTC. 0 caudal de MTC para os grupos de tubos de permuta de calor 64a-c pode ser controlado por válvulas de MTC superior, mediana e inferior, 68a, 68b e 68c. Numa concretização do presente invento, os grupos de tubos de permuta de calor 64a-c podem ser operados de forma independente, de forma que um ou mais grupos podem proporcionar aquecimento ao meio reaccional no reactor de esterificação de segunda etapa 50 enquanto um ou mais grupos não proporcionam substancialmente qualquer aquecimento. A operação de um ou mais grupos de tubos de permuta de calor 64a-c de forma independente pode aumentar a flexibilidade operacional do reactor de esterificação de segunda etapa 50 em relação aos CSTR do estado da técnica. Por exemplo, tal como ilustrado na Fig. 2, a válvula de MTC superior 68a pode ser fechada para assim evitar o caudal de MTC aquecido para o grupo de tubos superior 64a quando o nível de meio reaccional 72 no reactor de esterif icação de segunda etapa 50 é inferior ao do grupo de tubos superior 64a. A capacidade do reactor de esterificação de segunda etapa 50 para operar com níveis variáveis de meio reaccional está em contraste directo com os CSTR do estado da técnica, os quais em geral operam com um nível constante de meio reaccional de modo a manter os tubos de transferência de calor completamente submersos todo o tempo durante a operação.
Referindo de novo a Fig. 2, um produto predominantemente de vapor pode sair do reactor de esterificação de segunda etapa 50 via saida de vapor 60. Numa concretização do presente invento, o produto predominantemente de vapor pode compreender água e/ou álcool tal como, por exemplo, etilenoglicol. Após sair do reactor de esterificação de segunda etapa 50, a corrente de vapor flui para a conduta 128, após o que pode ser conduzida para processamento ulterior, armazenamento e/ou descarte.
Tal como ilustrado na Fig. 2, um produto líquido pode ser retirado do reactor de esterificação de segunda etapa 50 via uma ou mais saídas de líquido 52a-c. Numa concretização 23 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ em que um ou mais grupos de tubos de permuta de calor 6 4a-c são operados independentemente, uma ou mais saídas de produto líquido correspondentes podem ser também isoladas, utilizando as válvulas de produto 70a-c. Por exemplo, quando o nível do meio reaccional 72 está abaixo do grupo superior de tubos de permuta de calor 64a e os tubos são impedidos de proporcionar calor como descrito anteriormente, a saída superior de líquido 52a pode adicionalmente ser isolada fechando a válvula superior de produto 70a, como se mostra na Fig. 2. De modo similar, a capacidade para isolar independentemente uma ou mais saídas de liquido proporciona uma flexibilidade operacional adicional ao reactor de esterificação de segunda etapa 50. O produto de esterificação líquido sai do reactor de esterificação de segunda etapa 50 via conduta 130 e pode depois ser conduzido para armazenamento ou processamento ulterior, tal como, por exemplo, para uma secção de policondensação a jusante.
Gamas numéricas A presente descrição utiliza gamas numéricas para quantificar certos parâmetros relativos ao invento. Deve ser entendido que quando são proporcionadas gamas numéricas, tais gamas devem ser consideradas como proporcionando um suporte literal para limitação reivindicativa que apenas cita o valor inferior da gama, assim como para limitação reivindicativa que apenas cita o valor superior da gama. Por exemplo, uma gama numérica divulgada de 10 a 100 proporciona um suporte literal para uma reivindicação que recita "superior a 10" (sem fronteira superior) e uma reivindicação que recita "inferior a 100" (sem fronteira inferior).
Definições
Tal como aqui utilizado, os termos "um", "uma", "o/a" e "referido/a" significam um ou mais.
Tal como aqui utilizado, o termo "agitação" refere-se ao trabalho dissipado num meio reaccional que causa movimento e/ou mistura de fluidos. 24 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ
Tal como aqui utilizado, o termo "e/ou", quando utilizado numa lista de dois ou mais artigos, significa que qualquer um dos artigos listados pode ser empregue por si, ou que pode ser empregue qualquer combinação de dois ou mais dos artigos listados. Por exemplo, se uma composição é descrita como contendo os componentes A, B e/ou C, a composição pode conter A isolado; B isolado; C isolado; A e B em combinação; A e C em combinação; B e C em combinação; ou A, B e C em combinação.
Tal como aqui utilizado, os termos "compreendendo" "compreende" e "compreendem" são termos de transição abertos utilizados para a transição de um sujeito recitado antes do termo para um ou mais elementos recitados após o termo, em que o elemento ou elementos listados após o termo de transição não são necessariamente os únicos elementos que constituem o sujeito.
Tal como aqui utilizado, os termos "contendo", "contém" e "contêm" possuem o mesmo significado aberto de "compreendendo", "compreende" e "compreendem" proporcionados anteriormente.
Tal como aqui utilizado, o termo "separação destilativa" refere-se à separação de uma ou mais substâncias químicas de uma ou mais outras substâncias químicas com base nas volatilidades relativas das substâncias a serem separadas.
Tal como aqui utilizado, os termos "possuindo", "possui" e "possuem" têm o mesmo significado aberto de "compreendendo", "compreende" e "compreendem" proporcionados anteriormente.
Tal como aqui utilizado, os termos "incluindo", "inclui" e "incluem" têm o mesmo significado aberto de "compreendendo", "compreende" e "compreendem" proporcionados anteriormente.
Tal como aqui utilizado, o termo "agitação mecânica" refere-se à agitação de um meio reaccional causada por movimento físico de um elemento(s) rígido ou flexível contra ou dentro do meio reaccional. 25 ΕΡ 2 114 557/ΡΤ
Tal como aqui utilizado, o termo "meio reaccional" refere-se a qualquer meio sujeito a reacção química.
Tal como aqui utilizado, o termo "resíduo" refere-se à porção que é o produto resultante das espécies químicas num esquema reaccional particular ou formulação subsequente ou produto químico, independentemente de a porção ser realmente obtida a partir da espécie química.
Reivindicações não limitadas às concretizações divulgadas
As formas preferidas do invento anteriormente descritas devem ser utilizadas apenas como ilustração, e não devem ser utilizadas num sentido limitante para interpretar o âmbito do presente invento. Modificações às concretizações exemplares apresentadas anteriormente poderão ser prontamente introduzidas pelos peritos na especialidade, sem afastamento do espírito do presente invento.
Os inventores declaram a sua intenção de confiarem na Doutrina dos Equivalentes para determinar e avaliar o âmbito razoavelmente justo do presente invento, a que pertence qualquer dispositivo que não se afasta materialmente mas está fora do âmbito literal do invento, tal como apresentado nas reivindicações anexas.
Lisboa, 2013-07-22

Claims (20)

  1. ΕΡ 2 114 557/ΡΤ 1/4 REIVINDICAÇÕES 1. Processo que compreende: (a) a sujeição de um meio reaccional de um sistema de esterificação de primeira etapa a esterificação num sistema de esterif icação de segunda etapa, o qual é um reactor de esterificação prolongado verticalmente, em que o referido reactor de esterificação define uma entrada de fluido e uma saida de liquido, em que pelo menos uma primeira porção do referido meio reaccional entra no referido reactor de esterificação através da referida entrada de fluido, em que pelo menos uma segunda porção do referido meio reaccional é descarregada do referido reactor de esterificação através da referida saida de líquido, em que a referida entrada de fluido está localizada a uma elevação inferior à da saida de liquido, em que o referido reactor de esterificação compreende adicionalmente uma saída de vapor, em que um subproduto de esterificação em vapor é descarregado do referido reactor de esterificação através da referida saida de líquido, em que a referida saida de vapor está localizada a uma elevação superior à da saída de líquido; e (b) opcionalmente, a agitação do referido meio reaccional no referido reactor de esterificação, em que menos de cerca de 50% da referida agitação é proporcionada por agitação mecânica.
  2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que a conversão do referido meio reaccional aumenta no referido reactor de esterificação a partir de uma conversão inicial até uma conversão final, em que a referida conversão inicial é de pelo menos 70%.
  3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 2, em que a referida conversão final é de pelo menos 80%.
  4. 4. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que a referida conversão inicial é de pelo menos 75% e a referida conversão final é de pelo menos 85%. ΕΡ 2 114 557/ΡΤ 2/4
  5. 5. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que o referido reactor de esterificação possui uma razão altura-para-diâmetro na gama de 1,15:1 a 10:1.
  6. 6. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que a referida entrada de fluido está localizada no terço inferior do referido reactor de esterificação, em que a referida saída de líquido está localizada nos dois terços superiores do referido reactor de esterificação.
  7. 7. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que o referido reactor de esterificação define um eixo central vertical de prolongamento, em que a referida saída de líquido está espaçada radialmente do referido eixo central.
  8. 8. Processo de acordo com a reivindicação 7, em que a referida entrada de fluido está espaçada radialmente do referido eixo central.
  9. 9. Processo de acordo com a reivindicação 8, em que o referido reactor de esterificação possui um diâmetro horizontal máximo (D) , em que a referida saída de líquido está espaçada radialmente pelo menos 0,4D do referido eixo central e a referida entrada de fluido está espaçada radialmente pelo menos 0,15D do referido eixo central.
  10. 10. Processo de acordo com a reivindicação 8, em que as referidas entrada de fluido e saída de líquido estão espaçadas circunferencialmente entre si por pelo menos 90 graus.
  11. 11. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que o referido reactor de esterificação define uma entrada de fluido e uma pluralidade de saídas de líquido espaçadas verticalmente, em que pelo menos uma primeira porção do referido meio reaccional entra no referido reactor de esterificação através da referida entrada de fluido, em que pelo menos uma segunda porção do referido meio reaccional é descarregada do referido reactor de esterificação através de uma ou mais das referidas saídas de liquido, em que a referida entrada de fluido está localizada a uma elevação inferior à das referidas saídas de fluido. ΕΡ 2 114 557/ΡΤ 3/4
  12. 12. Processo de acordo com a reivindicação 11, em que o referido reactor de esterificação define um eixo central vertical de prolongamento, em que a referida entrada de fluido e as referidas saídas de líquido estão espaçadas radialmente do referido eixo central, em que as referidas entrada e saída estão espaçadas circunferencialmente entre si por pelo menos 120 graus.
  13. 13. Processo de acordo com a reivindicação 11, em que as referidas saídas estão definidas numa parede lateral vertical substancialmente cilíndrica do referido reactor de esterificação, em que a referida entrada está definida numa parede da extremidade inferior do referido reactor de esterificação.
  14. 14. Processo de acordo com a reivindicação 1, que compreende adicionalmente o aquecimento do referido meio reaccional no referido reactor de esterificação durante a referida esterificação.
  15. 15. Processo de acordo com a reivindicação 14, em que o referido aquecimento é proporcionado por uma pluralidade de elementos de transferência de calor espaçados verticalmente.
  16. 16. Processo de acordo com a reivindicação 15, em que os referidos elementos de transferência de calor espaçados verticalmente possuem a capacidade de serem operados independentemente, de modo que um ou mais dos referidos elementos de transferência de calor pode proporcionar o aquecimento do referido meio reaccional enquanto um ou mais dos outros elementos de transferência de calor referidos não proporciona o aquecimento do referido meio reaccional.
  17. 17. Processo de acordo com a reivindicação 14, em que o referido aquecimento é proporcionado pela passagem de um meio de transferência de calor através de uma pluralidade de grupos de tubos de permuta de calor espaçados verticalmente.
  18. 18. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que menos de 25% da referida agitação é proporcionada por agitação mecânica. ΕΡ 2 114 557/ΡΤ 4/4
  19. 19. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que o tempo de residência do referido meio reaccional no referido reactor de esterificação é superior a 45 minutos.
  20. 20. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que a referida esterificação é realizada a uma temperatura na gama de 2 0 0 0 C a 300°C. Lisboa, 2013-07-22
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