carla s.m. pereira, viviana m.t.m. silva, alírio e. rodrigues
DESCRIPTION
Reactor de Membranas Adsorptivo de Leito Móvel Simulado, novo processo híbrido de separação e respectivas utilizações. Carla S.M. Pereira, Viviana M.T.M. Silva, Alírio E. Rodrigues LSRE - Laboratório de Processos de Separação e Reacção Departamento de Engenharia Qu í mica - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal
Reactor de Membranas Adsorptivo de Leito Móvel Simulado, novo processo híbrido de separação e respectivas utilizações
Carla S.M. Pereira, Viviana M.T.M. Silva, Alírio E. Rodrigues
LSRE - Laboratório de Processos de Separação e Reacção
Departamento de Engenharia QuímicaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal2
Produtos Verdes Solvente verde: Lactato de Etilo
Aditivo verde de diesel: Dietilacetal
Separações Reactivas Reactor de Leito Móvel Simulado (RLMS)
Reactor de Membranas (RM)
Novo processo híbrido: PermSMBR Conceito
Aplicações: Lactato de Etilo e Dietilacetal
Comparação: RLMS vs. PermSMBR
Conclusões
ÍndiceÍndice
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal3
Produtos VerdesProdutos VerdesSolvente verde: Lactato de Etilo
1) Jones J, Pham T, Smart K, Splinter D, Steele M. Ethyl Lactate Production. Capstone Design Project, University of Oklahoma, CH E 4273, Spring 2003.
Solvente
Aditivo Alimentar
Perfumaria
Cosmética
Indústria Farmacêutica
Mercado mundial: 3 milhões de toneladas por ano, o que corresponde a aproximadamente 3 mil milhões de euros1.
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal4
Fragrâncias - Perfumaria
Produtos Farmacêuticos
Solventes
Resinas de Poliacetais
Aditivo de Combustível
Natural GasCrude
BIOMASS
PropaneButane Gasoil Virg. Naphta
cat. cracking steam cracking
I SOBUTENE ISOMYLENES
deydrogenationisomerization
Syn Gas
METHANOL
ETHANOL
PROPYLENE
I sobutane
TBA
MTBE
TAAEETBE
TAMEIPA-DI PE
fermentation
Water
DIETHYLACETAL
ACETALDEHYDE
dehydrogenationcurrently used
potential future application
Legend
A visão em 1997
Produtos VerdesProdutos Verdes
Aditivo verde para diesel: Dietilacetal
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal5
Síntese do lactato de etilo
Síntese do dietilacetal
Ácido Láctico Etanol Lactato de Etilo Água
H+
OH O 2 +
O
O H2O +H+
Etanol Acetaldeído Dietilacetal Água
Produtos VerdesProdutos Verdes
Conversão de equilíbrio ≈ 55%
Conversão de equilíbrio ≈ 57%
Catalisador: Amberlyst 15-wet
Resina ácida de permuta iónica
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal6
Destilação Reactiva
Extracção Reactiva
Reactor Separador produtosmistura
reaccionalreagentes
Separador Reactivo produtosreagentes
Reactores Cromatográficos (adsorptivos)
Reactores de Membranas
Processos Tradicionais
Intensificação de Processos
Separações ReactivasSeparações Reactivas
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal7
Eluent (E) ( B+ E)
( A ) Raffinate ( C+ E)
Port switching direction
Eluent (E)
Raffinate ( C+ E)
Extracto (A+D)
Extracto (A+D)
Alimentação (A+B)Alimentação (A+B)Refinado (A+C)
Refinado (A+C)
Desorvente (A)
A+B C+D
Zona II Conversão Reagentes e Separação
dos ProdutosZona III
Regeneraçãodo DesorventeZona IV
Zona IRegeneração
da Resina
Direcção do líquido e alternância das portas
O RLMS é constituído por várias colunas interligadas em série, com duas correntes de entrada e duas correntes de saída.
Todas as correntes são introduzidas/retiradas do sistema através de portas existentes entre as colunas, e as suas posições são deslocadas periodicamente na direcção do líquido, de forma a simular o movimento do sólido em contra-corrente com o líquido.
Desorvente (A)
Reactor de Leito Móvel Simulado (RLMS)Reactor de Leito Móvel Simulado (RLMS)
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal8
Unidade Piloto Licosep 12-26 SMB (Novasep, France)
Unidade piloto de LMS LICOSEP 12-26;
12 colunas ( L=23 cm; diâmetro=2.6 cm;
Empacotamento: Amberlyst 15-wet
Unidade Piloto RLMSUnidade Piloto RLMS
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal9
Pereira, C.S.M., Zabka, M., Silva, V.M.T.M. and Rodrigues, A.E., 2009. A novel process for the ethyl lactate synthesis in a simulated moving bed reactor (SMBR). Chem. Eng. Sci. 64 (14): 3301-3310.
Produção de Lactato de Etilo no RLMSProdução de Lactato de Etilo no RLMS
Ethanol / Ethyl Lactate
EthanolEthanol / Water
Desorbent Desorbent Extract Extract
FeedFeedRaffinateRaffinate
Liquid flow
Conversão de equilíbrio = 55 %
RLMS Conversão 100 %
Lactic Acid solution (85 wt% in water)
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal10
1) Rodrigues, A. E. and Silva, V. M. T. M. Industrial process for acetals production in a simulated moving bed reactor. Patent PT 103123, 2004; WO 2005/113476A1, 2005.
2) Silva, V. M. T. M. and Rodrigues, A. E., 2005. Novel process for diethylacetal synthesis. AlChE J. 51 (10): 2752-2768.
Produção de Dietilacetal no RLMSProdução de Dietilacetal no RLMS
Reactor de Leito Móvel Simulado para a Síntese de Acetais ACETech (1),(2)
Ethanol /ACETAL
Ethanol Ethanol /Water
Desorbent Desorbent Extract Extract
FeedFeedRaffinateRaffinate
Liquid flow
Conversão de equilíbrio = 57 %
RLMS Conversão 100 %
Ethanol+Acetaldehyde
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal
Retido
Permeado
11
A+B C+D
membrana
catalisador
Os reagentes A e B são alimentados ao reactor de membranas, onde se formam os produtos C e D.
A membrana é selectiva a um dos produtos, D, removendo-o do meio reaccional.
Reactor de Membranas (RM)Reactor de Membranas (RM)
Conversões superiores às de equilíbrio.
Unidade Reactor de Membranas por Pervaporação
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal12
Direcção do líquido e alternância das portas A+B C+D
Alimentação (A+B)
Refinado (A+C)
Extracto (A+D)
Desorvente (A)
Desorvente Extracto
Refinado Alimentação
PermSMBR: o ConceitoPermSMBR: o Conceito
Reactor integrado com duas técnicas diferentes de separação: i) cromatografia (Leito Móvel Simulado - SMB); ii)membrana permeável.
PermSMBRPermSMBR:: Reactor de Membranas Adsorptivo de Leito Móvel SimuladoReactor de Membranas Adsorptivo de Leito Móvel Simulado
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal13
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 3 6 9 12
Co
nc
en
tra
çã
o (
mo
l/L)
EtanolÁc. LácticoEtil LactatoÁgua
D F RP1 P2 P3 P4
P10 P11P7
XP5 P6 P8 P9 P12
12 colunas, cada coluna com 13 membranas comerciais tubulares selectivas à água;
T=50ºC; Empacotamento: Amberlyst 15;
Conversão: 99,34 %
PUR: 99.19 %
PUX: 99.98 %
Alimentação: Ácido láctico (85 wt%)Dessorvente: EtanolConfiguração: 3-3-4-2
PermSMBR: AplicaçõesPermSMBR: Aplicações
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 3 6 9 12
Co
nc
en
tra
çã
o (
mo
l/L)
Etanol
Acetaldeído
DietilacetalÁgua
D F RP1 P2 P3 P4 P5 P6 P7
Conversão: 99,93 %
PUR: 99.78 %
Alimentação: Etanol / AcetaldeídoDessorvente: Etanol
Configuração: 6-3-3
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal14
RLMS PermSMBRMelhoria
(%)
Consumo de dessorvente (LEth/kgAcetal)
1.74 0.57 67.2
RLMS PermSMBRMelhoria
(%)
Produtividade (kgEL/LA15/dia) 18,06 25,68 42,22
Consumo de dessorvente (LEth/kgEL)
4,75 3,57 24,74
Resultado de optimização de ambas as tecnologias, RLMS e PermSMBR
Lactato de Etilo
Dietilacetal
PUR, RLMS = PUR, PermSMBR = 99.78 %
X, RLMS = X, PermSMBR = 99.93 %
Produtividade, RLMS=Produtividade, PermSMBR = 22. 51 kgAcetal/LA15/dia
Comparação: RLMS vs. PermSMBRComparação: RLMS vs. PermSMBR
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal15
ConclusõesConclusões
Os compostos oxigenados (como os ésteres e os acetais) provenientes de matéria prima renovável, são bastante atractivos e requerem processos eficientes e sustentáveis para serem competitivos no mercado.
O reactor RLMS é uma dessas tecnologias promissoras, particularmente para reacções limitadas pelo equilíbrio (A+B C+D) que podem ser deslocadas até conversões de 100%.
Esta tecnologia integrada com membranas, deu origem ao novo processo híbrido PermSMBR, que permite melhorar o desempenho do RLMS:
redução dos custos associados às unidades de separação seguintes
• aumento de produtividade;
• redução significativa do consumo de dessorvente.
CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal16
Obrigada pela vossa atenção!