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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.

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1 Ciência 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 Qu í mica Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

2 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal 2 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 Índice

3 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal 3 Produtos Verdes Solvente 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 Solvente Aditivo Alimentar Perfumaria Cosmética Indústria Farmacêutica Mercado mundial: 3 milhões de toneladas por ano, o que corresponde a aproximadamente 3 mil milhões de euros 1.

4 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal 4 Fragrâncias - Perfumaria Produtos Farmacêuticos Solventes Resinas de Poliacetais Aditivo de Combustível A visão em 1997 Produtos Verdes Aditivo verde para diesel: Dietilacetal

5 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal 5 Síntese do lactato de etilo Síntese do dietilacetal Ácido LácticoEtanol Lactato de Etilo Água H+H+ OH O 2+ O O H 2 O + H+H+ EtanolAcetaldeído DietilacetalÁgua Produtos Verdes Conversão de equilíbrio 55% Conversão de equilíbrio 57% Catalisador: Amberlyst 15-wet Resina ácida de permuta iónica

6 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal 6 Destilação Reactiva Extracção Reactiva Reactor Separador produtos mistura reaccional reagentes Separador Reactivo produtos reagentes Reactores Cromatográficos (adsorptivos) Reactores de Membranas Processos Tradicionais Intensificação de Processos Separações Reactivas

7 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal 7 Extracto (A+D) Alimentação (A+B) Refinado (A+C) Desorvente (A) A+B C+D Zona II Conversão Reagentes e Separação dos Produtos Zona III Regeneração do Desorvente Zona IV Zona I Regeneração 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)

8 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal 8 Unidade Piloto Licosep 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 RLMS

9 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal 9 Pereira, C.S.M., Zabka, M., Silva, V.M.T.M. and Rodrigues, A.E., A novel process for the ethyl lactate synthesis in a simulated moving bed reactor (SMBR). Chem. Eng. Sci. 64 (14): Produção de Lactato de Etilo no RLMS Lactic Acid solution (85 wt% in water)

10 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal 10 1) Rodrigues, A. E. and Silva, V. M. T. M. Industrial process for acetals production in a simulated moving bed reactor. Patent PT , 2004; WO 2005/113476A1, ) Silva, V. M. T. M. and Rodrigues, A. E., Novel process for diethylacetal synthesis. AlChE J. 51 (10): Produção de Dietilacetal no RLMS Reactor de Leito Móvel Simulado para a Síntese de Acetais ACETech (1),(2) Ethanol+Acetaldehyde

11 CSMPCiência 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) Conversões superiores às de equilíbrio. Unidade Reactor de Membranas por Pervaporação

12 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal 12 Direcção do líquido e alternância das portas A+B C+D Alimentação (A+B) Refinado (A+C) Extracto (A+D) Desorvente (A) DesorventeExtracto RefinadoAlimentação PermSMBR: o Conceito Reactor integrado com duas técnicas diferentes de separação: i)cromatografia (Leito Móvel Simulado - SMB); ii)membrana permeável. PermSMBR:Reactor de Membranas Adsorptivo de Leito Móvel Simulado PermSMBR: Reactor de Membranas Adsorptivo de Leito Móvel Simulado

13 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal colunas, cada coluna com 13 membranas comerciais tubulares selectivas à água; T=50ºC; Empacotamento: Amberlyst 15; Conversão: 99,34 % PUR: % PUX: % Alimentação: Ácido láctico (85 wt%) Dessorvente: Etanol Configuração: PermSMBR: Aplicações Conversão: 99,93 % PUR: % Alimentação: Etanol / Acetaldeído Dessorvente: Etanol Configuração: 6-3-3

14 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal 14 RLMSPermSMBR Melhoria (%) Consumo de dessorvente (L Eth /kg Acetal ) RLMSPermSMBR Melhoria (%) Produtividade (kg EL /L A15 /dia) 18,0625,6842,22 Consumo de dessorvente (L Eth /kg EL ) 4,753,5724,74 Resultado de optimização de ambas as tecnologias, RLMS e PermSMBR Lactato de Etilo Dietilacetal PUR, RLMS = PUR, PermSMBR = % X, RLMS = X, PermSMBR = % Produtividade, RLMS= Produtividade, PermSMBR = kg Acetal /L A15 /dia Comparação: RLMS vs. PermSMBR

15 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal 15 Conclusões 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.

16 CSMPCiência Encontro de Ciência em Portugal 16 Obrigada pela vossa atenção!


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