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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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)
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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
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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)
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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
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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
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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
![Page 13: Carla S.M. Pereira, Viviana M.T.M. Silva, Alírio E. Rodrigues](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062809/5681584e550346895dc5a6e7/html5/thumbnails/13.jpg)
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
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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
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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.
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CSMP Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal16
Obrigada pela vossa atenção!