CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção descreve um sistema integrado para produção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio, etileno e água a partir de etanol. O sistema proposto, bem como o único processo integrado para a obtenção de multiprodutos de interesse e de alto valor comercial, garantem maior eficiência de aproveitamento dos solventes e aproveitamento energético. As configurações preferenciais da presente invenção permitem um menor consumo de solventes, já que, vantajosamente, apresentam uma única mistura azeotrópica e produzem um grande número de produtos oriundos do etanol, em pressão atmosférica, reduzindo o consumo energético, consequentemente, esta invenção contribui com o meio ambiente em relação às tecnologias hoje existentes. Assim sendo, a presente invenção é uma alternativa para o setor produtivo alcoolquímico em especial àquelas que produzem solventes de alta pureza, além de gerar hidrogénio, uma fonte de energia limpa.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

O setor industrial brasileiro produz etileno, óxido de etileno, butanol, octanol, acetaldeído, ácido acético, acetato de etila, acetato de butila, butadieno e outros produtos em menor escala a partir do etanol. Parte da tecnologia aplicada não é recente, mas local, uma vez que a indústria canavieira sempre abasteceu o mercado de forma razoável com etanol e, assim, o seu uso como matéria-prima na indústria química remonta a 1920 (JEWUR, S.S., A. Química Nova, p.67, 1984) e (MENEZES, T.J.B., Etanol o combustível do Brasil, Editora Agronómica Ceres, 1980). De acordo com o estado da técnica, observa-se a produção de um determinado produto a partir do etanol, diferentemente do proposto na presente invenção, que gera multiprodutos. O etileno é o precursor de grande gama de produtos dependendo do processo em que é empregado. Alguns derivados do etileno ou eteno são descritos por (SOUZA, A.M., SOUSA-AGUIAR, E.F. Química e Derivados, p.64, 1983).

O pedido de patente PI8205956-0 de 13/10/1982 trata da produção de etileno a partir de etanol empregando um catalisador a base de ácido fosfórico em fase vapor. É descrito apenas o catalisador e não as etapas posteriores de separação nem a conversão obtida pelo mesmo.

Dois documentos descrevem a conversão de etanol em etileno, a PI8504106-8 de 27/08/1985 e a PI8700422-4 de 30/01/1987. O primeiro documento emprega um catalisador do tipo zeólita contendo um silicato substituído por um metal e para manter a conversão total do etanol é necessário regular a temperatura do catalisador e a vazão do material de partida. Já o segundo emprega especificamente um catalisador do tipo zeólito aluminossilicato cristalino. Nestes casos, assim como o anterior é descrito apenas o catalisador e não as etapas posteriores de separação nem a conversão obtida pelo mesmo. Diferentemente, a presente invenção trata de um sistema integrado, descrevendo duas configurações completas, para a produção de hidrogénio, acetato de etila e acetaldeído. Além disso, o catalisador empregado apresenta características ácidas e básicas que também gera no processo etileno, água e hidrogénio.

O documento WO2007063279 de 07/06/07 descreve a produção integrada de etileno e propileno a partir de propanol na fase vapor. Desvantajosamente, o processo é realizado em 7 colunas e em dois reatores, já no presente invento o processo envolve 4 ou 5 colunas para produção não só de etileno a partir de etanol, mas também de hidrogénio, acetato de etila e acetaldeído, além de vantajosamente retificar o solvente.

Outro processo de produção de etileno a partir de etanol é descrito no pedido de patente EP1792885 de 29/11/2005. A reação envolvida é de desidratação do etanol gerando éter etílico e etileno, empregando 4 colunas com grande gasto de energia. Os processos de desidratação geram água e como consequência azeotropia entre água e etanol, além da azeotropia do éter etílico com a água, consumindo grande quantidade de energia nas separações para produzir apenas dois produtos. O novo processo aqui proposto também gera um pouco de água por ser um catalisador ácido-básico, contudo o etanol é totalmente consumido não apresentando problemas de azeotrópia com a água, além de separar parte do acetaldeído que também apresenta azeotrópia com o éter etílico em uma das colunas com 99,9% de pureza.

O acetaldeído também é matéria prima para uma grande quantidade de derivados, como ácido acético, butanol, anidrido acético MVA , PVA e do álcool polivinílico (SOUZA, A.M., SOUSA-AGUIAR, E.F. Química e Derivados, p.64, 1983).

O pedido de patente CN1706550 de 14/04/2005 refere-se a um tipo de catalisador empregado em uma etapa do processo de síntese de acetato de etila com etanol e seu processo de preparação e aplicação. O catalisador de amoniotiomolibidato é preparado a base de sulfurização do catalisador com uma relação específica de enxofre e alumínio. Além dô ^~ acetato de etila, esse processo também gera acetaldeído, porém a preparação do catalisador é complexa, o que pode gerar problemas nas conversões de acetato de etila. Diferentemente do descrito neste documento, na presente invenção a reação é de desidrogenação e ocorre em fase gasosa, produzindo, além de acetato de etila e acetaldeído, hidrogénio, uma fonte de energia limpa.

A patente US6399812 de 27/04/2000 descreve a conversão de etanol em acetato de etila, empregando catalisadores de zeólitas impregnados com paládio. A mistura de reação do reator é separada por meio de destilação azeotrópica em três colunas para recuperar o produto acetato de etila e os subprodutos acetaldeído e ácido acético. Desvantajosamente, o processo descrito utiliza solventes para a separação dos compostos, gera resíduos que devem ser tratados, além de gás carbónico. Já no presente invento o catalisador empregado é mais barato que o zeolítico e se levarmos em conta o paládio empregado então este se torna ainda mais caro. Além disso, as reações da presente invenção geram hidrogénio e a água sem acrescentar nenhum outro reagente que não seja o etanol, em pressão atmosférica. Acetato de etila é um produto químico comercialmente importante. É especialmente indicado como solvente para os processos de extração na indústria de alimentos, além de ser empregado na preparação de cosméticos, colas e tintas. O acetato de etila de alta pureza é também utilizado como intermediário em sínteses químicas.

Um dos processos mais utilizados para a produção de acetato de etila é a reação de esterificação entre ácido acético e etanol. Na patente US6693213 de 11/10/2000 o acetato de etila é produzido a partir de etanol e ácido acético e/ou anidrido acético, na presença de um catalisador ácido. Diferentemente da invenção proposta, é realizada uma destilação catalítica em uma única coluna e a pureza máxima conseguida de acetato de etila foi de 96,1 %. Já na presente invenção trata-se de um sistema multi-processos, que além de produzir acetato de etila, gera acetaldeído, hidrogénio e etileno com altas purezas.

O processo do pedido de patente US2003013908 de 22/12/1999 também produz acetato de etila a partir da reação de ácido acético com etanol, na presença de um catalisador ácido. Além disso, é descrito um passo de destilação dos vapores formados, seguida da condensação para formar uma fase orgânica rica em acetato de etila e uma fase aquosa rica em água. Pelo menos uma parte da fase orgânica da primeira destilação é direcionada para uma membrana de separação, que remove água, álcool, ou a combinação de água e álcool, da fase orgânica rica em acetato de etila. Além de ser um processo ácido, como o descrito na patente citada anteriormente, ou seja, desidratante, prejudicando o rendimento, a separação de água empregando membranas é um processo caro e de difícil manutenção.

O pedido de patente CN 16 6398 de 14/09/2004 refere-se a um processo de produção de acetato de etila por uma torre de esterificação torre com efeito de retificação. Após a reação de ácido acético e etanol, catalisada por ácido sulfúrico, a solução é gaseificada formando um sistema azeótropo de éster, álcool, água e ácido, que é retificado e os produtos separados em uma torre de esterificação. O acetato de etila é fornecido com 95% de pureza.

Outra reação descrita para a obtenção de acetato de etila se encontra no pedido de patente PI0511050-5 de 06/05/2005, que reage etileno e ácido acético, também empregando, desvantajosamente, um catalisador ácido, como descrito acima. O processo da referida invenção envolve relações específicas das concentrações dos reagentes nas correntes de entrada do reator e, caso estes valores sejam alterados, produtos indesejados podem ser formados. A invenção proposta difere da PI0511050-5 visto que é um processo em fase vapor, a pressão atmosférica, em reator de leito fixo, sendo alimentado apenas com etanol. Os produtos gerados são separados em colunas convencionais, apenas na última é alimentado solvente para separar o acetato de etila da água, devido a mistura apresentar azeotropia.

O documento WO2010014145-A2 de 20/07/2009 descreve um dos métodos empregados para a produção de acetato de etila, envolvendo uma reação de hidrogenação do ácido acético. A reação citada neste pedido de patente ocorre a altas temperaturas (225 a 275°C), com pressão entre 10 e 20 atm e utiliza um catalisador bimetálico. A conversão de ácido acético utilizando os catalisadores da invenção é de pelo menos 20% e pode chegar a 70%, com seletividade para acetato de etila de pelo menos 60%, preferencialmente 80% e mais preferencialmente 95%. A invenção proposta difere da apresentada em WO2010014145-A2, pois compreende um sistema e um processo integrado para obtenção de acetato de etila e outros derivados como acetaldeído, etileno e hidrogénio, além de utilizar como solvente de reação, um único solvente. A presente invenção faz uso de solvente que promove vantajosamente a separação do acetato de etila da água, que apresentam ponto de azeotropia quando em mistura binária. O sistema proposto garante aproveitamento da energia térmica promovendo economia energética, além de condições operacionais mais amenas quando comparada com a tecnologia depositada em 2009.

Outro pedido de patente que também descreve uma reação de hidrogenação de ácido acético é a EP0192587-A1 de 30/01/1986. A reação neste caso é catalisada por rutênio depositado em um suporte de sílica, a altas temperaturas (250 a 350°C) e pressões (30 a 100 atm). A presente invenção difere do pedido de patente europeu, pois não utiliza o mesmo catalisador, sendo o rutênio um catalisador de elevado custo. O nosso catalisador opera a uma pressão um pouco acima da atmosférica, além de ser uma reação de desidrogenação do etanol gerando o acetato de etila, acetaldeído e etileno, além de hidrogénio, que pode ser utilizado para gerar energia.

Outro método empregado para a produção de acetato de etila está descrito no pedido de patente PI0300729-4 de 12/03/2003 e envolve uma reação à base de catalisadores de cobre, suportado em zircônio. A invenção proposta difere da apresentada em PI0300729-4, pois compreende um sistema e um processo integrado para obtenção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno, O sistema proposto garante aproveitamento da energia térmica promovendo economia energética, além de condições operacionais mais amenas quando comparada com a tecnologia depositada em 2003, além de vantajosamente utilizar solvente unicamente para separar o acetato de etila da água, e o hidrogénio produzido que pode ser utilizado na geração de energia limpa sem a presença de dióxido de carbono.

Outro pedido de patente que também descreve a produção de acetato de etila é a EP990638-A1 de 01/10/1998. Desvantajosamente, a reação neste caso ocorre a altas pressões (6 a 30 bar), além de ocorrer recirculação de hidrogénio. A presente invenção difere deste pedido de patente pois gera multiprodutos e o hidrogénio não precisa ser re-circulado para promover as condições ótimas do catalisador, então este pode ser utilizado na geração de energia e assim prover o processo com parte da energia necessária para a sua operação.

Três documentos tratam da separação do acetato de etila do etanol e água. O pedido de patente CN1526692 de 22/09/2003 descreve a separação com o uso de reciclos na coluna extrativa, obtendo um teor de 97% de pureza para o acetato de etila.

Já o pedido de patente CN1706799 de 11/05/2005 trata da separação empregando sais e um agente de extração em uma coluna com seções de retificação dos compostos. O acetato de etila produzido apresenta 99,5% de pureza e o etanol em torno de 95%.

E no documento WO200044696 de 28/01/1999 o processo de separação ocorre por destilação extrativa na presença de um solvente de destilação extrativa selecionado dentre um sulfóxido de dimetil, uma amina, um tiofeno alquilado ou uma parafina.

Em contrapartida aos três processos descritos acima, na presente invenção o etanol é totalmente consumido e a quantidade de água formada é relativamente pequena o que possibilita a separação do acetato de etila com uma quantidade também menor de solvente, e um pouco de água permanece no éter etílico e no acetaldeído que formam azeotropia.

Diante das tecnologias descritas, a presente invenção apresenta vantagens sob vários aspectos. Primeiro por utilizar duas possíveis configurações de sistema inédito que englobam todas as etapas do processo de produção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio, etileno e água a partir de etanol, empregando meios de reação via leito fixo em estado gasoso e segundo, por obter produtos como o hidrogénio, etileno e acetato de etila puros. Além disso, o acetaldeído também pode ser em sua maior parte purificado em um dos modelos propostos.

Outra vantagem é que o acetato de etila é obtido a partir da reação de desidrogenação do etanol anidro sem o uso de altas pressões. Adicionalmente, é empregado um único solvente para separar o acetato de etila da água ao final do processo. Também são propostas duas configurações para produzir acetaldeído com 99,1 a 99,9 de pureza, apresentando um gasto maior de energia de acordo com a pureza requerida. A presente invenção atende à necessidade de preservar o meio ambiente, com emissão zero de poluentes.

A presente invenção compreende meios de reação selecionados dentre reatores de leito fixo. O reator de leito fixo possui vantagens em relação a outros tipos de configurações. Simplicidade de operação devido à fixação das partículas no leito, com baixo custo de construção e manutenção, pouca necessidade de equipamentos auxiliares, por não exigir unidades custosas de separação do catalisador a jusante, e larga flexibilidade de operação figuram entre estas vantagens.

As dificuldades usualmente relacionadas ao emprego de reatores de leito fixo referem-se, principalmente, à transferência de calor. Isto se deve ao fato de que a taxa de liberação de energia ao longo do comprimento do reator não é uniforme e a maior parte da reação normalmente ocorre nas proximidades da entrada do reator. Alguns artifícios para superar estas dificuldades são conhecidos. Um deles é o emprego de reatores multitubulares, tal como utilizado por McGreavy e Maciel Filho (McGreavy, C; Maciel Filho, R. 3rd Latin American Conf. Heat and Mass, México, 1988), sendo apenas uma das formas de modificar apropriadamente a condição física do leito. Alguns artifícios são usados para reduzir os efeitos térmicos da reação, tais como o uso de diluentes inertes na alimentação, e também a diluição do catalisador com material sólido inerte. O controle da temperatura do refrigerante externo e a divisão do leito em seções independentes permitem também controlar adequadamente a temperatura interna do reator (Domingues, A. Modelagem e Simulação de Processo de Oxidação do Etanol a Acetaldeído, Campinas, SP. Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas, 1992; Maciel Filho, R.; Domingues, A. ISCRE 12 - Twelfth International Symposium on Chemical Reaction Engineering, Turim, Itália, 1992).

Com relação ao catalisador, foram utilizados catalisadores de óxidos mistos de cobalto e alumínio derivados da calcinação de materiais do tipo hidrotalcita. Matérias do tipo hidrotalcita calcinados a 500 e 650 °C formam óxidos mistos mesoporosos. (ARAÚJO M.C., Utilização de Hidrotalcitas Mg/Co/Al na Conversão de Etanol, Dissertação de Mestrado, Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas, 112p, 2003).

Nos estudos de adsorção de nitrogénio para observar a distribuição de poros foram encontradas duas regiões de formação de poros para os materiais com 100% de cobalto que à medida que vão sendo calcinados à temperaturas mais altas apresentam apenas uma distribuição de diâmetro de poros, ou seja a 650 °C, e nesta calcinação já não se apresentou a formação de butanol e butiraldeíddo e apenas traços de éter etílico com quantidade maiores de acetaldeído > acetato de etila > etileno. Provavelmente, os poros cilíndricos ou esféricos mais largos tendem a gerar a desidrogenação e a maior proximidade do cobalto e alumínio à característica ácida para a formação do etileno nestes materiais (ARAÚJO M.C., Utilização de Hidrotalcitas Mg/Co/Al na Conversão de Etanol, Dissertação de Mestrado, Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas, 112p, 2003).

A presente invenção empregou vantajosamente este tipo de material oriundo de hidrotalcitas calcinadas a 650°C por serem relativamente fáceis de preparar e caracterizar, obtendo-se materiais mesoporos ou comumente chamados de nanométricos. Este catalisador de óxidos mistos obtidos com a calcinação a 650°C apresentaram a vantagem de preferencialmente promoverem a desidrogenação do acetaldeído e do acetato de etila gerando uma maior quantidade de hidrogénio e reduzindo, a traços, as quantidades de éter etílico, evidenciando que o processo de desidratação ocorre apenas para moléculas pequenas, como o etileno, e gerando também menores quantidade de água. Já no caso dos óxidos mistos de cobalto é necessária uma maior quantidade de tubos de reatores para garantir a conversão de todo o etanol alimentado, além de desvantajosamente, serem classificados como tóxicos, materiais classe II, e ainda, o cobalto é um mineral pouco encontrado no Brasil, devendo ser sempre importado..

Um dos processos que mais consome energia em uma indústria química são os processos de separação envolvendo misturas formadas que apresentam azeotropos de mínimo ou de máximo, pois, nestes casos, deve ser acrescentado o uso de solventes, pressão, novas colunas e refluxos. Além disso, a escolha do solvente deve ser tal que garanta a não toxidade da planta. Neste sentido, a presente invenção apresenta uma alternativa de sistema e processo integrado de obtenção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio, etileno e água, com ênfase em minimização do gasto energético e reaproveitamento dos solventes utilizados durante o mesmo.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

A presente invenção contempla um processo integrado de produção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio, etileno e água. Um sistema de obtenção dos multiprodutos em duas configurações preferenciais. São um objeto adicional da presente invenção os produtos de alta pureza obtidos pelos processos ora descritos. A invenção descreve um processo integrado compreendendo etapas de reação de desidrogenação e desidratação de etanol, separação e obtenção dos produtos desejados conferindo reaproveitamento de solvente em etapas subsequentes.

A configuração do referido sistema integrado compreendendo este processo é denominado a. A etapa de reação do dito processo ocorre com um catalisador e alimentação de etanol no reator (PFRHIDRO) denominada etapa (a). As etapas de separação do dito processo compreendem: uma etapa de separação entre acetaldeído e etileno (topo da coluna) e acetato de etila com água (fundo da coluna) (COLUNAI ); após etapa de reação (a) denominada (b1 ); uma separação entre etileno (topo da coluna) e acetaldeído (fundo da coluna) (COLUNA2), obtido em (b1 ) na corrente do topo da coluna (COLUNAI ) denominada (b2); uma separação entre acetato de etila (topo da coluna) e água com etilenoglicol (fundo da coluna) (COLUNA3), obtida em (b1) na corrente do fundo da coluna (COLUNAI) denominada (b3); uma separação entre água (topo da coluna) e etilenoglicol (fundo da coluna) (COLUNA4) obtida em (b3) na corrente do fundo da coluna (COLUNA3) denominada etapa (b4). A etapa de obtenção de etileno puro compreende a etapa de separação do etileno (topo da coluna) do acetaldeído (fundo da coluna) (COLUNA2), obtido em (b1 ) na corrente do topo da coluna (COLUNAI ), de acordo com etapa (b2), denominada etapa (d ). Para a obtenção de acetaldeído (fundo da coluna) este foi separado do etileno (topo da coluna) (COLUNA2), obtido em (b1 ) na corrente do topo da coluna (COLUNAI ), de acordo com etapa (b2), denominada etapa (d1 ). A etapa de obtenção de acetato de etila puro, denominada etapa (e1 ), compreende a remoção de água (fundo da coluna) do acetato de etila (topo da coluna) (COLUNA3) obtida em (b1 ) na corrente do fundo da coluna (COLUNAI ) com adição de etileno glicol, de acordo com etapa (b3). E a obtenção de hidrogénio, denominada etapa (f1 ) compreende a separação, através do flash, dos outros produtos após a etapa de reação (a).

Uma segunda configuração de processo integrado para obtenção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno é descrita. A configuração do referido sistema integrado compreendendo este processo é denominado β. A etapa de reação do dito processo acontece com um catalisador e com a alimentação de etanol no reator (PFRHIDRO) denominada etapa (a). A etapa de separação das misturas compreende uma sequência de etapas conforme descrito a seguir: uma etapa de separação entre uma fração de acetaldeído e etileno (topo da coluna) e acetato de etila com água e outra fração do acetaldeído (fundo da coluna) (COLUNAI ); após etapa de reação (a) denominada etapa (fc>1 ); uma separação entre etileno (topo da coluna) e acetaldeído (fundo da coluna) (COLUNA2), obtido em (b1 ) na corrente do topo da coluna (COLUNAI ) denominada etapa (b2); uma separação entre acetaldeído (topo da coluna) e acetato de etila com água (fundo da coluna) (COLUNA3), obtida em (b1 ) na corrente do fundo da coluna (COLUNAI ) denominada etapa (b3); uma separação entre acetato de etila (topo da coluna) e água com etilenoglicol (fundo da coluna) (COLUNA4), obtida em (b3) na corrente do fundo da coluna (COLUNA3) denominada etapa (b4); uma separação água (topo da coluna) e etilenoglicol (fundo da coluna) (COLUNA5), obtida em (b4) na corrente do fundo da coluna (COLUNA4) denominada etapa (b5). A etapa de obtenção de etileno puro compreende a etapa de separação do etileno (topo da coluna) do acetaldeído (fundo da coluna) (COLUNA2), obtido em (b1 ) na corrente do topo da coluna (COLUNAI ), de acordo com etapa (b2), denominada etapa (d ). A etapa de obtenção de acetato de etila ocorre em duas colunas, uma delas a partir da separação do acetaldeído (fundo da coluna) do etileno (topo da coluna) (COLUNA2), obtido em (b1 ) na corrente do topo da coluna (COLUNAI ), de acordo com etapa (b2), denominada etapa (d1 ); uma segunda coluna em que ocorre a separação do acetaldeído (topo da coluna) do acetato de etila com água (fundo da coluna) (COLUNA3) obtida em (b1 ) na corrente do fundo da coluna (COLUNAI ), de acordo com etapa (b3), denominada etapa (d2). A etapa de obtenção de acetato de etila puro, denominada etapa (e1 ), compreende a remoção de água (fundo da coluna) do acetato de etila (topo da coluna) (COLUNA4) obtida em (b3) na corrente do fundo da coluna (COLUNA3) com adição de etileno glicol, de acordo com etapa (b4). E a obtenção de hidrogénio, denominada etapa (f1 ) compreende a separação, através do flash, dos outros produtos após a etapa de reação (a).

O sistema integrado de produção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio, etileno, pela configuração a, compreende ao menos um meio de reação em leito fixo com catalisador do tipo hidrotalcita calcinada; ao menos quatro meios de separação de misturas; meios de separação compreendendo ao menos uma corrente adicional de solvente preferencialmente etilenoglicol; meios de trocar calor selecionados dentre troca em paralelo e em contra- corrente entre correntes resultantes do próprio processo; meios de misturar solventes e reagentes; meios de limpeza ou ativação de leito catalítico, limpeza de linha, ajuste de temperatura de reação e, monitoramento da queda de pressão no leito catalítico; e, meios de separação do hidrogénio disponível.

O sistema integrado de produção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno pela configuração β compreende ao menos um meio de reação em leito fixo com catalisador do tipo hidrotalcita calcinada; ao menos cinco meios de separação de misturas; meios de separação compreendendo ao menos uma corrente adicional de solvente preferencialmente etileno glicol; meios de trocar calor selecionado dentre troca em paralelo e em contra- corrente entre correntes resultantes do próprio processo; meios de misturar solventes e reagentes; meios de limpeza ou ativação de leito catalítico, limpeza de linha, ajuste de temperatura de reação e, monitoramento da queda de pressão no leito catalítico; e meios de separação do hidrogénio disponível. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Figura 1 : Sistema com configuração a.

Figura 2: Sistema com configuração β.

Figura 3: Composição molar do reator multitubular para a desidrogenação e desidratação do etanol 10000 tubos configuração a.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção descreve um sistema integrado para produção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno. O processo de produção do acetato de etila por meio de reação em leito fixo com catalisadores de óxidos mistos de cobalto e alumínio derivados da calcinação de materiais do tipo hidrotalcita e meios de separação em arranjos configurados para máxima eficiência, recuperação de solventes e energia, de acordo com um dito sistema proposto, resultam em produtos com bons níveis de especificação.

O dito sistema integrado compreende duas configurações selecionadas dentre sistema operando com cinco colunas de destilação e sistema operando apenas com quatro. Em ambas as configurações se obtêm acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno.

As ditas configurações operam com um solvente para separar o acetato de etila da água, o dito solvente pode ser preferencialmente etilenoglicol.

Na presente invenção, denominamos o dito sistema que opera com quatro colunas como α e o dito sistema que opera com cinco denominamos β. O catalisador selecionado foi hidrotalcita calcinado a 650°C composto de cobalto e alumínio, uma vez que este foi mais seletivo em relação aos produtos obtidos (etileno, acetaldeído, acetato de etila, hidrogénio e traços de éter etílico). Para efeito de denominações do presente relatório descritivo, uma mistura azeotrópica ocorre quando a composição da fase líquida é igual à composição da fase vapor para um determinado ponto da curva de equilíbrio. Quando a temperatura de ponto de bolha é igual à temperatura do ponto de orvalho e corresponde ao menor valor para temperatura do diagrama, o azeótropo é denominado de azeótropo de mínimo ponto de ebulição. Caso contrário, ou seja, maior valor para a temperatura no diagrama, o azeótropo, é denominado de azeótropo de máximo ponto de ebulição.

Adicionalmente a presente invenção compreende um processo integrado de obtenção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno cujas condições operacionais preferenciais estão descritas a seguir.

É um objeto adicional da presente invenção os produtos com alta pureza, preferencialmente entre 95,5% e 99,9%, obtidos pelo dito processo integrado de acordo com cada uma das configurações dos sistemas propostos. Os ditos produtos são acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno.

O sistema denominado α separa o acetaldeído em apenas uma coluna sem uso de solventes, já que o catalisador tem uma produção residual de éter etílico que permanecerá no acetaldeído devido à azeotropia existente entre ambos.

O sistema denominado β separa o acetaldeído em duas colunas sem uso de solventes.

O sistema integrado de produção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno, em ambas as configurações α e β, pode alternativamente compreender meios de limpeza ou ativação de leito catalítico, limpeza da linha, ajuste de temperatura de reação auxiliando na remoção do calor da reação química por convecção e, monitoramento da queda de pressão no leito catalítico.

Os ditos meios de limpeza ou ativação de leito catalítico, limpeza de linha, ajuste de temperatura de reação e, monitoramento da queda de pressão no leito catalítico pode ser preferencialmente através de alimentação de uma corrente de nitrogénio, com uma determinada vazão para remover impurezas do leito catalítico bem como manter a temperatura em 350°C. E só após desta alimentação do nitrogénio que deve-se iniciar a alimentação com etanol.

Os ditos meios de separação são preferencialmente colunas de destilação.

Os ditos meios de reação em leito fixo são preferencialmente do tipo multitubulares e os meios de separação do hidrogénio disponível, preferencialmente flash ou reator de membranas.

A temperatura de operação dos reatores multitubulares é dependente do tipo de catalisador e do tipo de reação envolvida no processo.

Nos exemplos de concretização da presente invenção, foram selecionados reatores multitubulares de leito fixo com comprimento de 2 metros e 5,08 centímetros de diâmetro (denominado reator PFRHIDRO) sem, no entanto restringir a presente invenção.

A planta apresenta muitos produtos, porém estes são facilmente separáveis. A separação do acetato de etila do etanol apresenta a maior dificuldade, pois formam uma mistura azeotrópica de mínimo ponto de ebulição, que está localizada próximo à metade da concentração molar de ambos. Já o etileno não apresenta nenhuma dificuldade de separação, qualquer que seja a sua concentração. E com relação à mistura acetaldeído etanol, quanto maior as concentrações de acetaldeído no etanol, mais facilmente estes vão ser separados.

Para se evitar os ternários azeotrópicos: etanol/acetato de etila/água aumentou-se o número de tubos de reator nas plantas propostas, para os catalisadores oriundos destes materiais do tipo hidrotalcita calcinados a 650°C, assim praticamente todo o etanol reagiu.

Outro problema seria a separação do hidrogénio dos demais produtos, o que normalmente ocorreria a temperaturas muito baixas (de -187°C a -192°C). Mas para evitar tal fato foi utilizado um flash (denominado FLASH1 ), um sistema simples de separação líquido vapor para retirar o hidrogénio do sistema. Um reator de membrana permeável ao hidrogénio também poderia ser empregado no sistema proposto em substituição ao flash.

Como irá ocorrer a formação de azeotropia de mínimo ponto de ebulição entre o acetaldeído e o éter etílico a melhor separação deve ocorrer utilizando- se peneiras moleculares, visto a grande diferença no tamanho das moléculas, e não através do uso de solventes. Isso implica em uma grande complexidade operacional e como as quantidades de éter etílico são mínimas não se propõe esta separação neste presente invento.

Os pontos de ebulição dos compostos encontrados na literatura

(Prausnitz et al., 2001 The Properties of Gases and Liquids; Bruce E. Poling.,

John M. Prausnitz., John P. 0'Connell 15°Edição) estão na Tabela 1.

Tabela 1 : Pontos de ebulição (Prausnitz et al., 2001 ) (1 ,01325 bar).

A preocupação em se obter o produto puro é uma demanda dos novos projetos de planta e da adequação das plantas já existentes. E, valendo-se da versatilidade do catalisador e, por outro lado, sabendo-se da importância da obtenção de água dentro das especificações ambientais, a presente invenção descreve um sistema integrado de produção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno compreendendo duas configurações para desidrogenação e desidratação do etanol em fase vapor que se diferem apenas no processo de separação empregado para obtenção do acetaldeído.

Configuração (a)

A descrição que segue, compreende uma configuração preferencial da presente invenção, sem, no entanto, restringir. O dito processo integrado de produção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno compreende as seguintes etapas:

(a) reação de desidrogenação e desidratação do etanol com um catalisador e alimentação de etanol no reator (PFRHIDRO);

(b) separação das misturas compreendendo:

(b1 ) uma separação entre acetaldeído com etileno (topo da coluna) e acetato de etila com água (fundo da coluna) (COLUNAI ) após etapa de reação (a);

(b2) uma separação entre etileno (topo da coluna) e acetaldeído (fundo da coluna) (COLUNA2), obtido em (b1) na corrente do topo da coluna (COLUNAI );

(b3) uma separação entre acetato de etila (topo da coluna) e água com etilenoglicol (fundo da coluna) (COLUNA3) obtida em (b1 ) na corrente do fundo da coluna (COLUNAI );

(b4) uma separação entre água (topo da coluna) e etilenoglicol (fundo da coluna) (COLUNA4) obtida em (b3) na corrente do fundo da coluna (COLUNA3).

(c) obtenção de etileno compreendendo:

(d ) separação do etileno (topo da coluna) do acetaldeído (fundo da coluna) (COLUNA2), obtido em (b1 ) na corrente do topo da coluna (COLUNAI ) e consequentente obtenção de etileno puro, de acordo com etapa (b2).

(d) obtenção de acetaldeído compreendendo: (d1 ) separação do acetaldeído (fundo da coluna) do etileno (topo da coluna) (COLUNA2), obtido em (b1 ) na corrente do topo da coluna (COLUNAI ) e consequentente obtenção de acetaldeído puro, de acordo com etapa (b2).

(e) obtenção de acetato de etila compreendendo:

(e1 ) remoção de água (fundo da coluna) do acetato de etila (topo da coluna) (COLUNA3) obtida em (b1 ) na corrente do fundo da coluna (COLUNAI) com adição de etilenoglicol e, consequentente obtenção de acetato de etila puro, de acordo com etapa (b3);

(f) obtenção de hidrogénio compreendendo:

(f1 ) separação, através de um meio de separação, dos outros produtos após a etapa de reação (a).

O dito exemplo de concretização da presente invenção tem por intenção melhor esclarecer o processo, sem, no entanto, restringir. O processo (a) de acordo com a descrição anterior compreende uma corrente de alimentação com etanol na etapa de reação (a) com uma pressão de entrada preferencial de 1 ,355 bar e uma temperatura preferencial de 350°C com 32 kmol/h de etanol. No referido exemplo a configuração é proposta com um misturador para eventuais etapas de manutenção do leito, visto que não se utiliza alimentação de nitrogénio na etapa de reação, mas este pode ser utilizado em casos de star-up de operação para uma estabilização da temperatura de leito fixo do reator.

A etapa de separação (b) compreendeu uma etapa de separação (b1 ) entre acetaldeído com etileno (topo da coluna) e acetato de etila com água

(fundo da coluna) (COLUNAI ) em uma faixa preferencial de temperatura entre 13 e 70°C, uma pressão preferencial atmosférica e, preferencialmente, em 24 estágios, sendo o prato de alimentação o 14°, com razão de refluxo 0,8 e taxa de fundo de 10,69 kmol/h.

Nos exemplos de concretização, a etapa de separação (b2) entre etileno

(topo da coluna) e acetaldeído (fundo da coluna) (COLUNA2) considerou uma faixa preferencial de temperatura entre - 105 e 20°C, uma pressão atmosférica e, preferencialmente em 16 estágios, sendo o prato de alimentação o 8 ^o , com razão de refluxo 1 e taxa destilado 4,09 kmol/h. O presente processo na configuração α compreende uma alimentação de solvente preferencialmente etilenoglicol durante separação (b3) entre acetato de etila (topo da coluna) e água (fundo da coluna) (COLUNA3) obtida em (b1 ) na corrente do fundo da coluna (COLUNAI ) e, consequente obtenção do etilenoglicol puro com uma faixa preferencial de temperatura de 75 a 120°C, uma pressão atmosférica e, preferencialmente em 52 estágios, sendo o prato de alimentação o 43° e o prato de alimentação do solvente o 11 ^o , com razão de refluxo 0,52 e taxa destilado de 6,49 kmol/h com convergência líquido/líquido/vapor.

Com relação a etapa de separação (b4) entre água (topo da coluna) e etilenoglicol (fundo da coluna) (COLUNA4) obtida em (b3) na corrente do fundo da coluna (COLUNA3), a temperatura preferencial é selecionada dentre 98 e 195,5°C e pressão atmosférica e, preferencialmente em 22 estágios, sendo o prato de alimentação o 7 ^o , com razão de refluxo 0,54 e taxa fundo 4,4 kmol/h.

Vantajosamente o solvente (etilenoglicol) resultante da etapa (b4) é recuperado e re-circulado, podendo alimentar novamente a etapa de separação da COLUNA 3. A água no sistema proposto é considerada um produto nobre do processo, porque se a ela sai pura ao final o processo é totalmente eficiente e os gastos energéticos são computados a água.

É um objeto adicional da presente invenção, um sistema integrado de produção de acetato de etila acetaldeído, hidrogénio e etileno em uma configuração a, compreendendo:

(a) ao menos um meio de reação em leito fixo com catalisador do tipo hidrotalcita calcinada;

(b) ao menos quatro meios de separação de misturas;

(b1 ) meios de separação compreendendo ao menos uma corrente adicional de solvente;

(c) meios de trocar calor;

(d) meios de misturar solventes e reagentes;

(e) meios de limpeza ou ativação de leito catalítico, limpeza de linha, ajuste de temperatura de reação e, monitoramento da queda de pressão no leito catalítico; (f) meios de separação do hidrogénio disponível.

Uma configuração preferencial do sistema compreende:

(a) ao menos um meio de reação preferencialmente reator multitubular em leito fixo com catalisador do tipo hidrotalcita calcinada;

(b) ao menos quatro meios de separação de misturas preferencialmente colunas de destilação;

(b1 ) meios de separação compreendendo ao menos um destilador alimentado com uma corrente adicional de solvente preferencialmente etilenoglicol;

(c) meios de trocar calor selecionado dentre troca em paralelo e em contra-corrente preferencialmente trocadores de calor indireto em contra- corrente entre correntes resultantes do próprio processo;

(d) meios de misturar solventes e reagentes;

(e) meios de limpeza ou ativação de leito catalítico, limpeza de linha, ajuste de temperatura de reação e, monitoramento da queda de pressão no leito catalítico ser preferencialmente através de alimentação com uma corrente de nitrogénio no elemento (a), pois a pressão esta relacionada com a conversão do etanol;

(f) meios de separação do hidrogénio disponível, preferencialmente flash ou reator de membranas.

Para melhor entendimento do dito sistema, a configuração denominada a, encontra-se disponível na Figura 1.

Configuração (β)

A presente invenção compreende um processo integrado de produção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno cuja configuração denominada (β) compreende as seguintes etapas:

(a) reação de desidrogenação e desidratação do etanol com um catalisador e alimentação de etanol no reator (PFRHIDRO);

(b) separação das misturas compreendendo:

(b1 ) uma separação entre uma fração com preferencialmente 15% de acetaldeído com etileno (topo da coluna) e acetato de etila com água e outra fração com preferencialmente 85% do acetaldeído (fundo da coluna) (COLUNAI ) após etapa de reação (a);

(b2) uma separação entre etileno (topo da coluna) e acetaldeído (fundo da coluna) (COLUNA2), obtido em (b1 ) na corrente do topo da coluna (COLUNAI );

(b3) uma separação entre acetaldeído (topo da coluna) e acetato de etila com água (fundo da coluna) (COLUNA3) obtida em (b1 ) na corrente do fundo da coluna (COLUNAI );

(b4) uma separação entre acetato de etila (topo da coluna) e água com etilenoglicol (fundo da coluna) (COLUNA4) obtida em (b3) na corrente do fundo da coluna (COLUNA3);

(b5) uma separação entre água (topo da coluna) e etilenoglicol (fundo da coluna) (COLUNA5) obtida em (b4) na corrente do fundo da coluna (COLUNA4).

(c) obtenção de etileno compreendendo:

(Cl ) separação do etileno (topo da coluna) do acetaldeído (fundo da coluna) (COLUNA2), obtido em (b1 ) na corrente do topo da coluna (COLUNAI ) e consequentente obtenção de etileno puro, de acordo com etapa (b2).

(d) obtenção de acetaldeído compreendendo:

(d1 ) separação do acetaldeído (fundo da coluna) do etileno (topo da coluna) (COLUNA2), obtido em (b1 ) na corrente do topo da coluna (COLUNAI ) e consequentente obtenção de acetaldeído puro, de acordo com etapa (b2);

(d2) separação do acetaldeído (topo da coluna) do acetato de etila com água (fundo da coluna) (COLUNA3) obtida em (b1 ) na corrente do fundo da coluna (COLUNAI ) e consequentente obtenção de acetaldeído puro, de acordo com etapa (b3).

(e) obtenção de acetato de etila compreendendo:

(e1 ) remoção de água (fundo da coluna) do acetato de etila (topo da coluna) (COLUNA4) obtida em (b3) na corrente do fundo da coluna (COLUNA3) com adição de etilenoglicol e, consequentente obtenção de acetato de etila puro, de acordo com etapa (b4);

(f) obtenção de hidrogénio compreendendo: (f1 ) separação, através de um meio de separação, dos outros produtos após a etapa de reação (a).

Nos exemplos de concretização da presente invenção, sem restringir o escopo da mesma, contempla uma corrente de alimentação com etanol na etapa de reação (a) com uma pressão preferencial de 1 ,255 bar, uma temperatura preferencial de 350° C e, preferencialmente com 50 kmol/h de etanol, com queda de pressão no leito catalítico de 0,3 bar.

No referido exemplo a configuração é proposta com um misturador para eventuais etapas de manutenção do leito, visto que não se utiliza alimentação de nitrogénio na etapa de reação, mas este pode ser utilizado em casos de star-up de operação para uma estabilização da temperatura de leito fixo do reator.

A etapa de separação (b) compreendeu uma etapa de separação (b1 ) entre uma fração de preferencialmente 15% do acetaldeído com etileno (topo da coluna) e acetato de etila com água e a maior fração de preferencialmente de 85% de acetaldeído (fundo da coluna) (COLUNAI ) em uma faixa preferencial de temperatura entre - 5 e 33° C, uma pressão preferencial de 0,955 bar e, preferencialmente, em 32 estágios, sendo o prato de alimentação o 1 1 ^o , com razão de refluxo 3,01 e taxa de destilado de 10,24 kmol/h.

Na etapa de separação (b2) entre etileno (topo da coluna) e acetaldeído

(fundo da coluna) (COLUNA2) em uma faixa preferencial de temperatura entre - 105 e 20° C, uma pressão preferencial atmosférica e, preferencialmente em 16 estágios, sendo o prato de alimentação o 8 ^o , com razão de refluxo 1 e taxa de destilado de 6,56 kmol/h.

A etapa de separação (b3) entre acetaldeído (topo da coluna) e acetato de etila com água (fundo da coluna) (COLUNA3) obtida em (b1 ) na corrente do fundo da coluna (COLUNAI ) ocorre em uma faixa preferencial de temperatura entre 20 e 70°C, uma pressão preferencial atmosférica e, preferencialmente em 50 estágios, sendo o prato de alimentação o 39°, com razão de refluxo 1 e taxa de destilado de 20, 0 Kmol/h, com convergência líquido/líquido/vapor.

A etapa de obtenção de acetato de etila puro (e1 ) compreende alimentação de um solvente preferencialmente etilenoglicol durante separação (b4) entre acetato de etila (topo da coluna) e água com etilenoglicol (fundo da coluna) (COLUNA4) obtida em (b3) na corrente do topo da coluna (COLUNA3) e, consequente obtenção de acetato de etila puro, em uma faixa preferencial de temperatura de 75 a 118° C, uma pressão preferencial de 0,955 bar e, preferencialmente em 52 estágios, sendo o prato de alimentação o 44° e o prato de alimentação do solvente o 11°, com razão de refluxo 0,54 e taxa de destilado 9,74 kmol/h, com convergência líquido/líquido/vapor.

A separação (b5) entre água (topo da coluna) e etilenoglicol (fundo da coluna) (COLUNA5) obtida em (b4) na corrente do fundo da coluna (COLUNA4) ocorre em uma faixa de temperatura preferencial entre 98 e 195,5° C, uma pressão preferencial de 0,955 bar e, preferencialmente em 22 estágios, sendo o prato de alimentação o 7°, com razão de refluxo de 0,54 e taxa de fundo de 6,79 kmol/h.

Vantajosamente o solvente (etilenoglicol) resultante da etapa (b5) é recuperado e re-circulado, podendo alimentar novamente a etapa de separação da COLUNA 4. A água no sistema proposto é considerada um produto nobre do processo, porque se a ela sai pura ao final o processo é totalmente eficiente e os gastos energéticos são computados á água.

É um objeto adicional da presente invenção um sistema integrado de produção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno caracterizado por uma configuração β, como pode ser observado na Figura 2, compreendendo:

(a) ao menos um meio de reação em leito fixo com catalisador do tipo hidrotalcita calcinada;

(b) ao menos cinco meios de separação de misturas;

(b1 ) meios de separação compreendendo ao menos uma corrente adicional de solvente;

(c) meios de trocar calor;

(d) meios de misturar solventes e reagentes;

(e) meios de limpeza ou ativação de leito catalítico, limpeza de linha, ajuste de temperatura de reação e, monitoramento da queda de pressão no leito catalítico; (f) meios de separação do hidrogénio disponível.

É uma configuração preferencial da presente invenção, um sistema compreendendo:

(a) ao menos um meio de reação preferencialmente reator multitubular em leito fixo com catalisador do tipo hidrotalcita calcinada;

(b) ao menos cinco meios de separação de misturas preferencialmente colunas de destilação;

(b1 ) meios de separação compreendendo ao menos um destilador alimentado com uma corrente adicional de solvente preferencialmente etilenoglicol;

(c) meios de trocar calor selecionado dentre troca em paralelo e em contra-corrente, preferencialmente trocadores de calor indireto em contra- corrente entre correntes resultantes do próprio processo;

(d) meios de misturar solventes e reagentes;

(e) meios de limpeza ou ativação de leito catalítico, limpeza de linha, ajuste de temperatura de reação e, monitoramento da queda de pressão no leito catalítico ser preferencialmente através de alimentação com uma corrente de nitrogénio no elemento (a), pois a pressão esta relacionada com a conversão do etanol;

(f) meios de separação do hidrogénio disponível, preferencialmente flash ou reator de membranas.

Para melhor entendimento do dito sistema, a configuração denominada β, encontra-se disponível na Figura 2.

Acetato de etila com alta pureza de 99,99% obtido de acordo com qualquer um dos processos de obtenção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno descritos anteriormente.

Acetaldeído com alta pureza de 95,5 a 99,9% obtido de acordo com qualquer um dos processos de obtenção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno descritos anteriormente.

Etileno com alta pureza de 99,9% obtido de acordo com qualquer um dos processos de obtenção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno descritos anteriormente. Hidrogénio 100% puro obtido de acordo com qualquer um dos sistemas processos de obtenção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno descritos anteriormente.

Exemplo 1 - Sistema integrado para obtenção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio e etileno em uma configuração denominada a.

O sistema denominado α compreende meios de reação com catalisador do tipo hidrotalcita calcinada a 650°C em reator de leito fixo em fase vapor onde o etanol anidro é alimentado sem a presença de nitrogénio. O dito reator é denominado reator PFRHIDRO. Em uma configuração preferencial, sem, no entanto restringir, o reator de PFRHIDRO, para atender uma produção de aproximadamente 5 mil toneladas/ano de acetato de etila poderá compreender 10.000 tubos, com dimensões de (2m x2").

No presente exemplo, sem, no entanto restringir, as vazões molares de entrada no reator estão a uma temperatura de 350°C e pressão de 1 ,355 bar e se constituem de etanol igual a 32 kmol/h. A queda de pressão ao longo do reator é de 0,4 bar.

Na Figura 3, encontra-se as composições molares ao longo do reator hidrotalcita cobalto, PFRHIDRO, em função do comprimento do reator para a planta a. Pode ser visto que, praticamente, após 60 cm de reator, todo o etanol foi consumido. No entanto, conforme prática industrial, o reator deve ser projetado entre 10 a 30% a mais do comprimento mínimo para garantir um maior tempo de campanha.

Exemplo 2 - Processo integrado para obtenção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio, etileno e água empregando o sistema a.

O exemplo de concretização descrito a seguir mostra uma etapa de reação sendo que a dita etapa compreende um catalisador preferencialmente do tipo hidrotalcita calcinada e alimentação de etanol. A temperatura do reator, no referido exemplo de concretização, sem, no entanto restringir, foi de 350°C.

Na Tabela 2 está apresentado um exemplo de concretização da presente invenção apresentando as correntes de entrada e saída do reator hidrotalcita cobalto para a planta a. É possível verificar também a temperatura de operação e a queda de pressão no reator. Tabela 2: As correntes de entrada e saída no reator de hidrotalcita cobalto, onde EREATOR é corrente de entrada dos reatores, SREATOR é corrente de saída dos reatores.

No presente exemplo de concretização, a etapa de separação tem por objetivo purificar o produto obtido que se encontra em misturas formadas em etapas anteriores do processo de obtenção dos multiprodutos. A coluna 1 é uma coluna de destilação azeotrópica típica, o acetaldeído e o etileno que apresentam azeotropia de mínimo ponto de ebulição saem no topo da coluna e no fundo da coluna na corrente FUND01 tem-se o acetato de etila e a água. Um fator interessante é a quantidade de água que pode ser retirada no fundo da coluna juntamente com o ácido acético. Esta coluna apresenta uma configuração de 24 estágios, sendo o prato de alimentação o 14° e a razão de refluxo de 0,8, sendo que 99,99% do acetaldeído junto com 100% do etileno saem no topo da coluna.

A coluna 2, no presente exemplo, é uma coluna de destilação convencional, esta coluna tem o objetivo de separar o acetaldéido do etileno. O etileno é separado no topo da coluna de destilação com um pureza em termos de composição molar de 99,9%. O acetaldeído permanece no fundo da coluna de destilação com uma composição molar de 99,1 %. A coluna 2 é uma coluna convencional com convergência criogenia (para baixas temperaturas), composta preferencialmente de 16 estágios e o prato de alimentação é o 8 ⁰ com razão de refluxo 1. O éter etílico apresenta azeotropia de mínimo ponto de ebulição com o acetaldeído e não pode ser separado permanecendo como resíduo no acetaldeído.

A coluna 3, no dito exemplo, é uma coluna extrativa especial, diferenciada. Pode-se dizer que se trata de uma coluna extrativa, porque o solvente, neste caso, rompe a azeotropia acetato de etila/água devido à formação das duas fases líquidas distintas na mistura capturando a água que permanece no fundo da coluna juntamente com o solvente na corrente FUND03 e, assim, seguindo para uma coluna de retificação para a recuperação do solvente puro. O acetato de etila é separado no topo da coluna de destilação com uma pureza em termos de composição molar de 99,9%. A água e o solvente permanecem no fundo da coluna de destilação. A coluna 3 apresenta 52 estágios, o prato de alimentação da corrente FUND01 é o 43° e o da corrente SOLVENTE, o 11°, com razão de refluxo de 0,52.

A coluna 4 é uma coluna de destilação convencional para a retificação do solvente apresentando 22 estágios; sendo o prato de alimentação preferencial é o 12° e opera com razão de refluxo de 0,54. A corrente de topo AGUAP apresenta água com 100% de pureza, o solvente permanece no fundo da coluna na corrente SOLVENTP, também com uma pureza de 100%.

O solvente puro obtido no fundo da coluna 4 é conduzido através da corrente SOLVENTETP ao trocador TROCA3 para se aproveitar a energia térmica liberada com a redução da temperatura que facilitará a separação na próxima coluna, daí é conduzido pela corrente SOLVENTE para coluna 3.

Exemplo 3 - Processo integrado para obtenção de acetato de etila, acetaldeído, hidrogénio, etileno e água de acordo com o sistema β.

Na configuração de planta β ocorre um maior gasto de energia, por possuir cinco colunas. Este sistema separa o acetaldeído em duas colunas permitindo, sem uso de solventes, a obtenção do mesmo com uma pureza de 99,87 % para a coluna que separa a maior parte do acetaldeído e 95,5% para a coluna onde foi encaminhada a maior parte do resíduo de éter etílico produzido.

A coluna 1 é uma coluna de destilação convencional com 32 estágios, o prato de alimentação é o 11 ^o , a razão de refluxo é de 3,01. É uma coluna que consome mais energia para fazer com que uma pequena quantidade de acetaldeído leve consigo a maior parte de éter etílico.

Na coluna 2, do presente exemplo, o etileno permanece no topo da coluna de destilação com um pureza em termos de composição molar de 99,9% e no fundo da coluna tem-se a maior parte éter etílico que permanece junto com o acetaldeído com uma composição molar de 95,5% devido a azeotropia de mínimo ponto de ebulição como visto anteriormente entre acetaldeído e o éter etílico. É uma coluna convencional com convergência criogênica e apresenta 16 estágios, o prato de alimentação é 8 ^o e a razão de refluxo 1.

A coluna 3 é uma coluna de destilação azeotrópica. A coluna irá apresentar três fases: duas líquidas e uma fase vapor, apresentando 50 estágios, o prato de alimentação é o 39° e a razão de refluxo 1. O acetaldeído permanece no topo da coluna de destilação com uma pureza em termos de composição molar de 99,87%, sendo o resíduo de éter etílico a impureza, e no fundo da coluna tem-se o acetato de etila e a água.

A composição molar de vapor da coluna 4 no presente exemplo é semelhante ao da coluna 3 da configuração a, uma coluna extrativa especial.

No topo da coluna de destilação sai o acetato de etila com uma pureza em termos de composição molar de 99,9%. A coluna 4 apresenta 52 estágios, o prato de alimentação da corrente SOLVENTE é o11 ^o , e o prato de alimentação da corrente FUND03 é o 44° e a razão de refluxo 0,54.

A coluna 5 é uma coluna de destilação convencional para a retificação do solvente, apresentando 22 estágios e o prato de alimentação é o 7 ^o , com razão de refluxo de 0,54. A corrente de topo AGUA apresenta água 100%; o solvente permanece no fundo da coluna na corrente SOLVENTE com uma pureza de 100%.

Esta coluna 5 é exatamente igual à coluna 4 da planta a, logo a água sai pura ao final, o processo é totalmente eficiente e os gastos energéticos são computados á água, e o solvente é recuperado e re-circulado ao processo nesta etapa.