PT2505243E

PT2505243E - Aparelho de cristalização

Info

Publication number: PT2505243E
Application number: PT121620173T
Authority: PT
Inventors: Yosef Mizrahi
Original assignee: Haifa Chemicals Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2014-04-07
Also published as: EP2505243A1; ES2454868T3; EA201270366A2; CN102728094A; BR102012007191B1; GB201105421D0; UA110017C2; CN102728094B; US8834806B2; PL2505243T3; ZA201202362B; EA201270366A3; EA025736B1; EP2505243B1; GB2489684A; US20140147367A1

Description

DESCRIÇÃO «Aparelho de cristalização»

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um reactor químico multi-funções, em particular, a presente invenção é sobre uma unidade de cristalização de três fases para fornecer cristais altamente uniformes.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Descrição da arte anterior [0002] Métodos e aparelhos para cristalização de sais de solução são bem conhecidos na indústria dos processos químicos e têm sido objecto de várias patentes. Bennett et al. na Patente U.S. 3, 873,275 e na Patente U.S. 3,961,904 descrevem várias configurações de cristalizador, cada uma implementando um recipiente agitado em tubo de aspiração com deflector (DTB) para melhorar o tamanho dos cristais. 0 cristalizador DTB inventado por Bennett et al. tem sido implementado comercialmente em numerosas instalações industriais para a cristalização controlada de vários sais. Este cristalizador DTB forma essencialmente um sistema de duas fases, uma fase líquida, uma solução saturada e uma fase sólida, composta pelos cristais.

[0003] Fo ram divulgados métodos para produção de um sal (designado MY) e um ácido (designado HX) a partir de um sal (designado MX) e um ácido (designado HY) numa reacção de decomposição dupla I (ver abaixo) . Mais 1 particularmente, a produção de nitrato de potássio a partir de KC1 e ácido nítrico, pela extracção de solvente tem sido aplicada a várias instalações fabris e tem sido divulgada em várias publicações: Patente U.S. 2,894,813 por Baniel et al.; Patente U.S. 4,364,914 e U.S.

[0004] Patente U.S. 4,378,342 por Manor et al.; e Patente U.S. 4, 668, 495 por Portela et al. Em termos gerais, as reacções que ocorrem nessas instalações fabris são como se segue:

(I) MX + HY - MY + HX

(II) HX + solvente -► solvente.HX

[0005] Na arte anterior, as reacções (I) e (II) são realizadas num ou vários recipientes agitados em série. Os reagentes são misturados com um solvente e alguma solução aquosa reciclada, produzindo um caudal de três fases que é fornecido a um decantador para separação do solvente carregado, licor-mãe e produto. 0 regime hidrodinâmico nestes recipientes agitados é fracamente definido e controlado longe das condições hidrodinâmicas clássicas necessárias para a cristalização apropriada, por conseguinte os cristais do produto são pequenos e mal definidos.

[0006] Um método de cristalização em que o arrefecimento de uma solução saturada é realizado directamente empregando um líquido volátil foi descrito na Patente U.S. 4,452, 621 por Patrick et al. 2

BREVE DESCRIÇÃO DA FIGURA

[0007] A Fig. 1 é uma vista parcial esquemática de um aparelho de cristalização da invenção.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0008] Segundo a presente invenção, um método e aparelho para cristalização de um sal de um sistema de três fases apresentam uma combinação de fase aquosa, fase solvente e fase sólida, i . e. cristais. O sistema da presente invenção emprega e integra o método cristalizador DTB inventado por Bennett et al. referido acima, num aparelho novo e único para executar simultaneamente: reacção; cristalização; extracção de solvente, decantação e transferência directa de calor.

[0009] A presente invenção refere-se a um aparelho inovador que apresenta uma combinação única do cristalizador DTB clássico e um decantador de três fases, permitindo realizar a reacção de extracção de solvente para a produção de cristais grandes e bem definidos. 0 aparelho de acordo com a invenção implementa um design de cristalizador unitário para executar, simultaneamente, as seguintes operações da unidade: (1) Uma reacção de decomposição dupla (I) MX e MY sendo sais, HX e HY sendo ácidos. (2) Extracção de solvente do ácido HX produzido na reacção (I) e de solvente orgânico parcialmente imiscível, (II) 3 (3) Dissolução do reagente, MX, e cristalização do produto, MY, em condições hidrodinâmicas de um cristalizador de tubo de aspiração com deflector (DTB) clássico, para produzir cristais com D5Q tipicamente no intervalo de 350 a 550 microns. (4) Remoção de calor da reacção e/ou calor da cristalização pelo solvente mencionado em (3) aplicando, deste modo, os princípios da cristalização por arrefecimento directo (DCC). (5) Decantação e separação de Líquido-Líquido-Sólido, produzindo pelo menos três caudais de saída separados: solvente carregado, licor-mãe e pasta dos cristais do produto.

[0010] A presente invenção refere-se a um aparelho e método inovadores para executar simultaneamente: reacção; cristalização; extracção de solvente; decantação e arrefecimento directo. 0 aparelho, representado na Figura 1, apresenta três secções distintas com diferentes funções e regimes de fluxo: • secção inferior 10, um cristalizador, que inclui um tubo de aspiração (DT) 12, uma hélice a girar coaxialmente 14; várias condutas de alimentação 16, e um deflector cilíndrico (CB) 18. Apresenta um regime de fluxo similar ao de um cristalizador DTB convencional. • secção superior 24 que inclui um decantador, com um regime de fluxo similar a um decantador convencional. Tem um diâmetro superior ao da secção inferior, e é concebido para realizar a decantação por gravidade para separar a fase orgânica leve das fases aquosa e de cristais. 4 • Uma secção intermédia, de transição 26, combina os dois regimes de fluxo diferentes . Inclui um deflector vertical coaxial (CVB) 28 cujo papel é reduzir drasticamente as perturbações no fluxo vindas de baixo e, subsequentemente, o seu efeito no regime de fluxo gravitacional do decantador, ao mesmo tempo que permite o fluxo bidireccional entre as duas secções. 0 espaçamento entre o CVB 28 e o topo do DTB pode ser ajustado. 0 fluxo entre a secção superior e a inferior é controlado pelo CVB 28. 0 CVB divide o fluxo de descarga do DT em dois caudais: um primeiro, descendente, de retorno à secção DT e o segundo, ascendente, para o decantador. A taxa de separação é controlada alterando o espaçamento entre o CVB 28 e o topo do DT 12. Este espaçamento é ajustado movendo o CVB para cima e para baixo em conformidade, como representado pela seta de duas pontas 34.

[0011] A secção inferior tem um regime hidrodinâmico similar ao do cristalizador DTB convencional. Os reagentes são fornecidos através de condutas de alimentação 16, de preferência mas não se limitando ao fundo do DT 12. Uma ou mais condutas de alimentação são usadas para cada reagente: o solvente; o ácido, HX, a pasta de sal MX e qualquer caudal reciclado, como licor-mãe, são fornecidos ao DT 12. A mistura de cristais, licor-mãe e solvente é posta em circulação ascendentemente através do DT 12. A geometria desta secção é ditada por considerações de concepção do cristalizador DTB bem definidas, para fluidizar os cristais mantendo uma condição de super-saturação reduzida, evitando nucleação secundária. 5 [0012] Adicionalmente, de acordo com o método da presente invenção, a geometria da secção inferior satisfaz o requisito de mistura do solvente orgânico num regime hidrodinâmico controlado para obter uma dispersão, de preferência, o/a (óleo em água) bem definida, que não se limita a tomar em consideração e optimizar a transferência de massa e exigências de separação rápida e completa de fases.

[0013] A pasta com cristais grosseiros é descarregada através de uma saída 38 no fundo, enquanto a solução salina com cristais finos é extraída pelo CB do mesmo modo que num cristalizador DTB convencional. A disposição geral, contudo, difere da de um decantador convencional. 0 material fornecido flui ascendentemente, as fases pesadas separadas (solução salina e cristais) fluem para baixo. A fase leve separada no topo da secção superior é descarregada por uma derivação de extravasamento nivelada convencional 42. 0 solvente limpo é fornecido através de uma ou várias condutas de alimentação como a conduta de alimentação 16, na secção inferior. Depois circula através do DT, de preferência como uma dispersão o/a. Uma fracção da dispersão, como controlado pelo CVB 28 flui até ao decantador. No decantador, a dispersão separa-se produzindo uma camada de solvente transparente carregado que flutua acima e sobre a derivação 42 no topo, enquanto a fase aquosa e os cristais desaparecem por gravitação regressando à secção inferior. 0 motor 48 acciona a hélice 14 fazendo girar o eixo de rotação 50. Noutras modalidades, o motor pode estar localizado abaixo do cristalizador, sendo o torque fornecido por um eixo que conecta o motor à hélice. 6 [0014] O aparelho e os métodos da presente invenção podem ser usados para melhorar a cristalização de uma variedade de aplicações de processos de cristalização de extracção de solvente, não limitada à reacção de decomposição dupla acima mencionada combinada com extracção de solvente de um dos produtos. 0 aparelho inovador pode ser aplicado para implementar simultaneamente todas ou algumas operações da unidade (1) a (5) delineadas acima. 0 aparelho da presente invenção pode ser aplicado para a cristalização de arrefecimento directo de um sal a partir de uma solução saturada usando um solvente imiscivel parcial para remoção de calor, tal como, mas não limitado a, cristalização de nitrato de potássio a partir de solução rica em nitrato de potássio por cristalização de arrefecimento directo com um solvente inerte parcialmente imiscivel tal como, mas não se limitando a, parafina de elevado peso molecular. Ainda noutro aspecto da invenção, o aparelho de acordo com a presente invenção pode ser aplicado para implementação de qualquer reacção, combinada com cristalização e extracção de solvente usando qualquer solvente parcialmente imiscivel para desencadear o processo de reacção de cristalização. Exemplos destes solventes são parafinas, hidrocarbonetos, álcoois, cetonas, éteres, ésteres, permutador de iões catiónicos de fase liquida ou permutador de iões aniónicos de fase liquida ou uma mistura destes.

[0015] De acordo com a presente invenção são aplicáveis várias configurações estruturais diferentes de disposição de deflectores internos, para executar o método único e inovador desta invenção. 7

Exemplos de processos reais [0016] Exemplo 1: Foi levado a cabo o fabrico em escala piloto usando um reactor para constituir uma modalidade da presente invenção para a produção de nitrato de potássio. 0 processo de acordo com a presente invenção foi aplicado para levar a cabo a reacção, extracção de solvente e cristalização de nitrato de potássio, concomitantemente, no mesmo reactor.

[0017] Cloreto de potássio, ácido nitrico a 60% e solvente estéril/ limpo foram fornecidos ao DT. 0 cristalizador tinha um DT com um diâmetro de 650 mm, com uma turbina em rotação a 160 rpm.

[0018] 0 cristalizador operado continuamente em estado estacionário durante 24 horas produziu cristais de nitrato de potássio com D50 de 390 microns.

[0019] Em comparação, os cristais provenientes de reactores mistos em série convencionais que operam à mesma composição de fluxo e temperatura tinham um D50 de 280 microns.

[0020] Exemplo 2: Um reactor fabricado de acordo com a presente invenção, foi aplicado numa escala industrial para a produção de nitrato de potássio. O processo de acordo com a presente invenção foi executado para implementar uma reacção, extracção de solvente e cristalização concomitantemente, obtendo nitrato de potássio. Cloreto de potássio, ácido nitrico a 60% e solvente limpo foram fornecidos ao DT. 0 cristalizador 8 tinha um DT com 1.850 mm de diâmetro com uma turbina em rotação a 55 a 65 rpm.

[0021] 0 cristalizador foi operado continuamente em estado estacionário durante 24 horas, produzindo cristais de nitrato de potássio com D50 de 450 microns.

[0022] Exemplo 3: Um reactor fabricado de acordo com a presente invenção, foi aplicado numa escala industrial para a cristalização de arrefecimento de nitrato de potássio a partir de uma solução salina rica em nitrato de potássio. A solução salina e a fase pesada foram misturadas no reactor com um solvente refrigerado, a fase leve produzindo cristais de nitrato de potássio com D50 de 520 microns.

Lisboa, 9

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Um aparelho de reacção de cristalização para realizar a reacção e/ou extracção de solvente e/ou cristalização de sais solúveis, o referido aparelho compreendendo: • uma secção superior com um topo e um decantador, o referido decantador compreendendo: • um recipiente vertical com uma derivação horizontal no topo da referida secção superior; • uma saída no topo da referida secção superior para remoção de uma fase leve no topo do decantador; • uma secção inferior, incluindo um cristalizador, que inclui: • um tubo de aspiração coaxial; • pelo menos uma conduta de alimentação; • um agitador localizado dentro do referido tubo de aspiração; • pelo menos uma saída no fundo para remoção da pasta de cristal; o aparelho sendo caracterizado por compreender: • uma secção intermédia encaixada entre a secção inferior e a secção superior de forma que as secções estão em comunicação fluida, e que inclui pelo menos um deflector vertical coaxial, havendo um espaçamento entre o tubo de aspiração e o deflector vertical coaxial, o aparelho estando adaptada para, quando em 1 uso, o espaçamento ser ajustável movimentando o referido deflector vertical para cima ou para baixo.
2. Um processo para produzir cristais usando o aparelho como na reivindicação 1, em que pelo menos duas fases liquidas e pelo menos uma fase sólida são misturados para formar uma mistura para realizar: uma reacção e uma extracção de solvente, para formar pelo menos uma fase de cristal, uma fase pesada e uma fase leve, o processo compreendendo: • a extracção de uma porção da fase leve da mistura; • a descarga a partir da secção superior de pelo menos uma porção da fase leve, e • a descarga a partir da secção inferior de cristais formados no aparelho e de uma porção da referida fase pesada.
3. Um processo tal como descrito na reivindicação 2, em que o calor da reacção, o calor da cristalização e o calor do arrefecimento são removidos pela fase leve, o referido processo compreendendo: • a mistura de pelo menos duas fases, uma leve e outra pesada; em que a temperatura da fase leve é inferior à temperatura da referida fase pesada; • a formação de pelo menos uma fase de cristal sólida e duas fases liquidas; • a descarga de uma porção da fase leve é a partir da secção superior, e • a descarga dos cristais e de uma porção da referida fase pesada é a partir da secção inferior. 2 Lisboa 3