BRPI0816187B1 - processo para condensação e/ou lavagem de um diéster em forma de vapor, biodegradável, cíclico intermolecular, de um ácido alfa-hidroxicarboxílico - Google Patents
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Abstract
dispositivo de condensação e lavagem, dispositivo de polimerização, bem como processo para purificação de vapor de processo durante a produção de polilactídeos a presente invenção refere-se a um dispositivo de condensação e lavagem, com o qual são reciclados e purificados, particularmente, os vapores de processo, que são produzidos durante a produção de polilactídeo. a invenção refere-se, também, a um dispositivo de polimerização para produção de polilactídeo, bem como a um processo para reciclar vapores de processo que são produzidos durante a produção de polilactídeo. a invenção também se refere a possíveis usos da mesma e ao dispositivo de condensação, bem como ao processo mencionado acima.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO PARA CONDENSAÇÃO E/OU LAVAGEM DE UM DIÉSTER EM FORMA DE VAPOR, BIODEGRADÁVEL, CÍCLICO INTERMOLECULAR, DE UM ÁCIDO ALFA-HIDROXICARBOXÍLICO.
[001] A presente invenção se refere a um dispositivo de condensação e lavagem, com o qual, particularmente, os vapores de processo que são formados na produção de polilactídeos, podem ser reciclados e purificados. Além disso, a presente invenção se refere a um dispositivo de polimerização, para produção de polilactídeo, bem como a um processo para reciclagem de vapores de processo formados na produção de polilactídeo; igualmente são citadas possibilidades de uso, tanto dos dispositivos de condensação e lavagem, como também do processo.
[002] Nas etapas de processo de produção de polilactídeo tratase, por exemplo, de uma policondensação do ácido láctico, da despolimerização térmica de polilactídeo para dilactídeo, a purificação do dilactídeo por meio de destilação, retificação ou cristalização, a polimerização e a desmonomerização. Os vapores dessas etapas de processo formam-se sob pressões reduzidas ou vácuo que pode se situar entre 0,5 kPa e 20 kPa (5 mbar e 200 mbar). Eles contêm, dependendo da etapa de processo, água, ácido láctico, dilactídeo e ácido lactoil láctico em diferentes composições. Para proteção das bombas de vácuo, mas também por razões de economia de processo, esses componentes precisam ser condensados, tanto quanto possível, e reconduzidos ao processo.
[003] A condensação de vapores que contêm dilactídeo em superfícies refrigeradas de condensadores cria dificuldades. É formado um aerossol que não pode ser precipitado com meios usuais, tais como separadores de gotas ou névoa, mas o mesmo deixa o condensador com o gás residual não- condensável e, desse modo, chega às
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2/17 bombas de vácuo, que retiram e condensam esse gás residual.
[004] Esse problema intensifica-se na medida em que os vapores das etapas de processo da produção de polilactídeo contêm gases inertes, tais como ar ou nitrogênio. O aerossol de dilactídeo leva nas bombas de vácuo, em pouco tempo, à destruição mecânica por desgaste aumentado de superfícies metálicas, tais como êmbolos rotativos, distribuidores giratórios, registros de travamento e carcaça dos mesmos. Um outro problema é a transformação pelo gás residual, sempre ainda contido na água, do dilactídeo em ácido lactoil láctico, que, junto com os restos de ácido láctico, também ainda incluídos, atacam essas superfícies metálicas por corrosão e com o tempo destroem as mesmas.
[005] A condensação indireta em superfícies refrigeradas é, em geral, preferida, uma vez que, contrariamente à condensação direta com líquidos frios, não introduz substâncias adicionais e, eventualmente, estranhas, no processo e não aumenta a quantidade de condensado.
[006] O documento US 5.266.706 descreve um processo para obtenção de um éster cíclico, tal como lactídeo, de uma corrente de gás, que contém o lactídeo e impurezas contendo grupos hidroxila, tais como água e ácidos hidroxicarboxílicos, por lavagem da corrente de gás com um solvente não miscível com água, tais como hidrocarbonetos não-polares, hidrocarbonetos cicloalifáticos ou hidrocarbonetos halogenados. Nesse caso, a temperatura na lavagem é ajustada de tal modo que o éster cíclico e o ácido hidroxicarboxílico sejam removidos da corrente de gás, enquanto a água permanece na corrente de gás e é descarregada com a mesma. A mistura bruta de éster cíclico e ácido é separada do solvente e purificada, extraindo-se o ácido do mesmo. No entanto, no processo citado é desvantajoso que o lactídeo purificado desse modo, contenha solventes estranhos ao processo, isto é,
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3/17 solventes que não correspondem aos reagentes contidos na corrente de lactídeo original, que, subsequentemente ao processo, precisam ser novamente reagidos por etapas complexas. Isso está associado a elevados esforços e custos.
[007] Partindo das desvantagens do estado da técnica, é tarefa da presente invenção condensar e lavar vapores de processo de diversas etapas da produção de polilactídeo, de modo que bombas de vácuo, que geram o vácuo necessário nas etapas de processo individuais da produção de polilactídeo, sejam protegidas contra substâncias acessórias, que atacam e destroem essas bombas quimicamente (corrosão) ou mecanicamente (abrasão). Nesse caso, o líquido de condensação e lavagem não deve carregar substâncias estranhas ao processo para dentro do condensado, que deveriam ser novamente separadas, antes de uma recondução ao processo de polilactídeo.
[008] No que se refere ao dispositivo de condensação e lavagem, essa tarefa é solucionada com as características da reivindicação de patente 1, no que se refere ao dispositivo de polimerização, com as características da reivindicação de patente 12, bem como no que se refere ao processo, com as características da reivindicação de patente
17. Nesse caso, as reivindicações, em cada caso, dependentes, representam desenvolvimentos vantajosos. Com as reivindicações 33 a 37 são citadas possibilidades de utilização, tanto do dispositivo como também do processo.
[009] De acordo com a invenção, é, portanto, posto à disposição um dispositivo de condensação e lavagem, que compreende
a) um recipiente coletor, que contém um líquido de condensação e lavagem, sendo que o recipiente coletor apresenta pelo menos uma saída,
b) montada com ajuste positivo sobre o mesmo, pelo menos uma coluna, que apresenta pelo menos uma guarnição de troca
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4/17 de material, que preenche pelo menos parcialmente, de preferência, completamente, a secção transversal da coluna,
c) pelo menos uma alimentação para vapor de processo, que está disposta abaixo da guarnição de troca de material da coluna, bem como
d) pelo menos uma descarga para o vapor de processo, disposta acima da guarnição de troca de material da coluna, sendo que a descarga do recipiente coletor está conectada com a coluna para garantia de uma circulação do líquido de condensação e lavagem através de uma tubulação, e a entrada da tubulação na coluna está disposta acima da guarnição de troca de material.
[0010] É preferível, nesse caso, quando o líquido de condensação e lavagem contém uma solução aquosa de um ácido alfahidroxicarboxílico da Fórmula I,
OH l
R^COOH
Fórmula I, sendo que R é selecionado de hidrogênio ou radicais alifáticos lineares ou ramificados, com 1 a 6 átomos de carbono, que, de preferência, contém ácido láctico. A concentração do ácido alfa-hidroxicarboxílico (acidez total) perfaz entre 50 e 100% em peso, de preferência, entre 70 e 95% em peso.
[0011] No líquido de condensação e lavagem ainda pode estar contido, adicionalmente, um diéster biodegradável, cíclico intermolecular, de um ácido alfa-hidroxicarboxílico da Fórmula II
Fórmula II, que é, particularmente, dilactídeo. De preferência, a concentração do diéster da Fórmula II no líquido de condensação e lavagem perfaz en
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5/17 tre 0 e 6% em peso, de preferência, entre 1 e 4% em peso.
[0012] A guarnição de troca de material contida no dispositivo de condensação e lavagem compreende, nesse caso, em princípio, todas as possibilidades de guarnição para colunas conhecidas do estado da técnica, mas, particularmente, a guarnição de troca de material é escolhida do grupo que consiste em anéis, tais como, por exemplo, anéis de Raschig e/ou Pall, selas, tais como, por exemplo, sela de Berl, esferas, hackets, NOR-PAC, BIO-NET, Hel-X, Top-Packs, Mellapak, Montz-Pak, Ralu-Pak, Raschig-Super-Pak e/ou guarnições de tecido. A superfície das guarnições de troca de material utilizadas perfaz, nesse caso, entre 20 m2/m3 e 500 m2/m3.
[0013] Em uma outra modalidade preferida, a pelo menos uma coluna apresenta pelo menos um distribuidor de líquido, para distribuição do líquido de condensação e lavagem alimentado através da tubulação, que está disposto acima da pelo menos uma guarnição de troca de material. De preferência, o distribuidor de líquido é um condensador de pulverização ou um dispositivo de aspersão.
[0014] Em uma outra modalidade, a pelo menos uma coluna e/ou o recipiente coletor apresentam meios para aquecimento do líquido de condensação e lavagem. Adicionalmente ou alternativamente também pode ser previsto de modo igualmente preferido que a tubulação para o líquido de condensação apresente um trocador de calor.
[0015] Para retirada do líquido de condensação e lavagem, enriquecido com o diéster cíclico da Fórmula II, é preferido quando no recipiente coletor está presente uma possibilidade de retirada do líquido de condensação e lavagem. A retirada pode dar-se, nesse caso, em porções ou continuamente.
[0016] Além disso, é posto à disposição de acordo com a invenção um dispositivo de polimerização, para a polimerização do diéster da Fórmula II, que compreende um dispositivo de condensação descrito
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6/17 acima.
[0017] É vantajoso, nesse caso, quando ao dispositivo de condensação está disposto a montante, por exemplo, pelo menos um dispositivo de purificação para dilactídeo, que é operado sob vácuo. Do mesmo modo é possível que ao dispositivo de condensação esteja disposto a montante pelo menos um reator de despolimerização, que é operado sob vácuo.
[0018] De acordo com a invenção, também é posto à disposição um processo para condensação e/ou lavagem de um diéster cíclico intermolecular, biodegradável, em forma de vapor, de um ácido alfahidroxicarboxílico da Fórmula II
Fórmula II, sendo que R é selecionado de hidrogênio ou radicais alifáticos lineares ou ramificados, com 1 a 6 átomos de carbono, de uma mistura de vapor, que contém o diéster da Fórmula que põe à disposição o ácido alfa-hidroxicarboxílico da Fórmula I, correspondente ao diéster da Fórmula II, e água, sendo que se dá pelo menos um contato, por uma vez, de uma corrente de um líquido de condensação e lavagem, que contém uma solução aquosa do ácido alfa-hidroxicarboxílico da Fórmula I
OH i
R^COOH
Fórmula I, correspondente ao diéster da Fórmula II, com a mistura de vapor, de modo que o diéster da Fórmula II, contido na mistura de vapor,é dissolvido no líquido de condensação e lavagem. O contato da mistura de vapor com o líquido pode, nesse caso, ser realizado de qualquer maneira. Desse modo, é possível, por exemplo, que a mistura de vapor
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7/17 seja introduzida no líquido de condensação e lavagem, por exemplo, por sopro ou passagem de corrente, mas, altemativamente, também é possível que o líquido de condensação e lavagem seja contatado por irrigação, pulverização ou aspersão da mistura de vapor.
[0019] É preferido, nesse caso, quando o líquido de condensação e lavagem é guiado em uma circulação.
[0020] Âmbitos de temperatura favorável do líquido de condensação e lavagem, antes do contato com a mistura de vapor, situam-se, nesse caso, entre 10°C e 80°C, de preferência, entre 15°C e 60°C.
[0021] Para evitar que o limite de solubilidade do diéster da Fórmula II no líquido de condensação e lavagem seja excedido, é adicionada ao líquido de condensação e lavagem, em porções ou continuamente, uma mistura de água e ácido hidroxicarboxílico da Fórmula I. Nesse caso, a quantidade da solução aquosa do ácido hidroxicarboxílico da Fórmula I a ser adicionada deve estar dimensionada de tal modo que não ocorra uma cristalização do diéster da Fórmula II. Também a quantidade adicionada deve ser dimensionada de tal modo que a viscosidade do líquido de condensação e lavagem permaneça aproximadamente constante. A quantidade ou quota da solução a ser adicionada depende, portanto, de diversos parâmetros, por exemplo, da temperatura do líquido de condensação e lavagem, bem como da quantidade do diéster da Fórmula II na mistura de vapor, de modo que a quantidade ou quota da solução a ser adicionada para redução da concentração do diéster da Fórmula II no líquido de condensação e lavagem possa ser determinada, em cada caso, pelo técnico, por meio de experiências simples.
[0022] De preferência, a concentração do diéster da Fórmula II no líquido de condensação e lavagem é mantida sempre abaixo de 5% em peso.
[0023] É favorável, ainda, que, depois de atingida uma concentra
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8/17 ção de, no máximo, 5% em peso, de preferência, no máximo, 3% em peso, do diéster da Fórmula II no líquido de condensação e lavagem se dê uma retirada, pelo menos parcialmente, do líquido de condensação e lavagem. A retirada, nesse caso, também pode dar-se em porções ou continuamente.
[0024] Uma outra modalidade preferida prevê que o contato do líquido de lavagem com a mistura de vapor se dê a pressões reduzidas, particularmente, entre 0,5 kPa e 90 kPa (5 mbar e 900 mbar), de preferência, entre 1 kPa e 20 kPa (10 mbar e 200 mbar).
[0025] É vantajoso, ainda, que o diéster da Fórmula II seja dilactídeo e o ácido alfa-hidroxicarboxílico da Fórmula I seja ácido láctico. A invenção é aplicável às duas formas enantioméricas, L,L-dilactídeo e D,D-dilactídeo, bem como ácido L- láctico e ácido D- láctico. Ela é aplicável, ainda, quando o diéster é D,L-dilactídeo ou mesolactídeo.
[0026] Além disso, é possível que pelo menos uma parte do diéster da Fórmula II se origine de um dispositivo de purificação disposto a montante.
[0027] A seguir, por dilactídeo é entendido L,L-dilactídeo, D,Ddilactídeo, mesolactídeo, bem como misturas dos mesmos.
[0028] Do mesmo modo, a mistura de vapor pode provir de diversas etapas de processo na polimerização de lactídeo, a saber, de uma etapa de processo da produção de polilactídeo, da policondensação de ácido láctico, da despolimerização térmica de oligômeros do ácido láctico, com uma massa molar média entre 500 g/mol e 5000 g/mol, da retificação de dilactídeo, a polimerização por abertura de anel de uma mistura de reação contendo dilactídeo, da desmonomerização a vácuo de polilactídeo ou de seus copolímeros e/ou, simultaneamente, de várias das etapas de processo citadas previamente.
[0029] Particularmente, o processo descrito acima pode ser realizado com um dispositivo também descrito acima. O contato da mistura
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9/17 de vapor com o líquido de condensação e lavagem dá-se, nesse caso, de preferência, na região da guarnição de troca de material.
[0030] Possibilidades de aplicação, tanto para o dispositivo, como também para o processo evidenciam-se na produção de diésteres cíclicos intermoleculares, biodegradáveis, de um ácido alfahidroxicarboxílico da Fórmula II, de preferência, dilactídeo, tanto L,Ldilactídeo como também D,D-dilactídeo e D,L-dilactídeo (mesolactídeo), bem como na produção de polímeros de diésteres cíclicos de um ácido alfa-hidroxicarboxílico da Fórmula II, de preferência, polilactídeo (PLA), tanto L-polilactídeo (PLLA) como também D-polilactídeo (DDLA) e D,L-polilactídeo (polimesolactídeo).
[0031] O processo de acordo com a invenção está voltado, não para obter o éster cíclico - o lactídeo - mas para purificar a corrente de vapor de todas as substâncias acessórias condensáveis e abrasivas, antes que ele entre em uma bomba de vácuo ou em uma série de bombas de vácuo dispostas uma depois da outra. A temperatura na lavagem é escolhida de tal modo baixo que, por um lado, a maior parte dos componentes contidos no vapor se condensa, inclusive água. Por outro lado, ela é escolhida de tal modo alto que ainda é possível uma boa distribuição sobre uma camada de corpo de enchimento ou uma guarnição de troca de material.
[0032] O processo de acordo com a invenção não trabalha com solventes estranhos ao processo, mas, substancialmente, com o próprio líquido condensado, que é guiado na circulação. Nesse caso, a temperatura do líquido de lavagem é ajustada e mantida constante por refrigeradores dispostos na circulação.
[0033] Surpreendentemente, foi descoberto, agora, que a condensação direta e lavagem de correntes de vapor contendo dilactídeo de etapas de processo da produção de polilactídeo não leva à formação de aerossóis durante a condensação em cargas de corpos de enchi
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10/17 mento ou guarnições de troca de material, que são irrigadas com um líquido refrigerado. Como líquido de refrigeração, mostrou-se apropriada uma mistura de água, ácido láctico, oligômeros lineares do ácido láctico e dilactídeo, que é reconduzida ao processo da produção de polilactídeo e, ali, a uma etapa de processo apropriada, e, desse modo, pode ser recuperada. Para o sucesso da condensação, sem formação de aerossóis, a concentração dos componentes citados na mistura líquida não é decisiva. Em princípio,também uma mistura de água e ácido láctico serve para esse fim. Mas, é conveniente que as concentrações possam ser ajustadas, que na operação estacionária do condensador e dispositivo de lavagem de acordo com a invenção formam-se sob um vácuo predeterminado e a temperatura do líquido de condensação e lavagem. À operação estacionária pertence, por um lado, a remoção de uma quantidade de líquido da circulação correspondente à quantidade de condensado. Por outro lado, correntes de vapor contendo dilactídeo, que são condensadas no processo de acordo com a invenção, levariam a um enriquecimento do dilactídeo na circulação do líquido de condensação e lavagem. Esse enriquecimento leva ao excedimento do limite de solubilidade de dilactídeo e, desse modo, à separação de sólido no líquido da circulação. Essa separação de sólido causa obstruções na circulação e, particularmente, na carga de corpo de enchimento ou na guarnição de troca de material. Além disso, o dilactídeo reage com a água contida no líquido por abertura de anel para o ácido lactoil láctico. Com isso, aumenta a viscosidade do líquido e a distribuição sobre a carga ou a guarnição é dificultada e o efeito de condensação e lavagem diminui. É vantajoso, portanto, alimentar continuamente ou em porções ao líquido de condensação e lavagem, guiado na circulação, uma mistura de água e ácido láctico, cuja composição e corrente quantitativa são escolhidas de tal modo que o limite de solubilidade do dilactídeo na circulação
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11/17 não é atingido e a viscosidade da mistura líquida não aumenta. Uma corrente parcial do líquido de circulação, correspondente à corrente quantitativa, é descarregada da circulação, adicionalmente à corrente quantitativa do condensado, de preferência, junto com o mesmo, e reconduzida em local apropriado ao processo de polilactídeo.
[0034] A presente invenção é explicada mais detalhadamente por meio das figuras anexas, mas sem estar limitada às modalidades especiais ali representadas.
Nesse caso, mostram:
a figura 1 um dispositivo de condensação de acordo com a invenção, e a figura 2 uma modalidade de um dispositivo de polimerização de acordo com a invenção, de acordo com um gráfico de operações de uma condução de processo típica para produção de polilactídeo, partindo de ácido láctico.
[0035] Um dispositivo de condensação 1, cujo princípio é mostrado na figura 1, contém uma virola de coluna 6 com um diâmetro nominal de 200 mm. Nessa virola está disposta uma carga de corpo de enchimento 7 de anéis de Pall, com a medida de 15 mm. A altura da carga perfaz 500 mm. No recipiente coletor 2 são carregados 60 l de ácido láctico corrente no comércio (Purae HS88), com um teor de água de 12% como líquido de condensação e lavagem 3. O ácido láctico é retirado com uma bomba 15 do coletor, transportado por um trocador de calor 12, através de uma tubulação 10, à virola de coluna 6 e ali distribuído uniformemente, através de um distribuidor de líquido 11, sobre a carga de corpo de enchimento 7. Por exemplo, o distribuidor de líquido 11 pode estar configurado na forma de um aspersor. O trocador de calor 12 aquece o líquido com um meio de refrigeração 13 ou 14, aqui, etilenoglicol, para 30°C.
[0036] Na virola de coluna 6 está disposto um bocal de tubo 9,
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12/17 acima da carga de corpo de enchimento 7 e da distribuição de líquido 11, que serve para descarga dos gases e vapores não-condensáveis. Ele está conectado através de uma comporta de refrigeração (não representada na figura 1), que é refrigerada, por exemplo, com gelo seco, para cerca de -50°C, com uma bomba de vácuo.
[0037] O dispositivo 1 é posto sob um vácuo ou pressão reduzida de 1 kPa (10 mbar), para drenagem. Depois, o coletor é descarregado até o vertedouro, que se encontra na altura da descarga 4. O dispositivo de condensação 1 é parte de uma instalação contínua para produção de polilactídeo por polimerização de abertura de anel. O procedimento descrito acima é parte do processo de entrada em funcionamento dessa instalação. Depois que também as etapas de processo restantes da instalação tiverem sido postas em operação, é alimentada continuamente ao dispositivo de condensação 1, através de bocais 8, uma corrente de vapor, que vem da despolimerização térmica de um oligômero de ácido láctico, uma massa molar média Mn de 1.500 g/mol e da qual a quantidade principal de dilactídeo já foi condensada por um condensador de superfície. A corrente de vapor contém nitrogênio, água, ácido láctico e dilactídeo residual e tem uma temperatura de 140°C. Depois da entrada no dispositivo de condensação 1, ela corre de acordo com a queda de pressão na contracorrente para o líquido 3 aquecido para 30°C, através da carga de corpo de enchimento 7. Nesse caso, uma grande parte dos componentes arrastados é condensada ou removida por lavagem. Os restos não-condensáveis deixam o dispositivo de condensação 1, junto com o nitrogênio contido, pela descarga de gás 9, e na comporta de refrigeração subsequente são totalmente precipitados, sendo que o nitrogênio é removido pela bomba de vácuo.
[0038] Para determinação das correntes quantitativas do vapor e das partes condensadas e não-condensadas, deixa-se o nível de líqui
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13/17 do subir no coletor 2 ao longo de 24 horas. Depois, o coletor é esvaziado até o nível de enchimento antes do início da introdução de vapor (vertedouro). A quantidade de condensado coletado perfaz 5,9 kg, o teor de água é determinado por titulação de Karl-Fischer com 2% em peso. Ao mesmo tempo, a comporta de refrigeração antes da bomba de vácuo é trocada e o conteúdo é pesado. Precipitou-se 0,9 kg, o teor de água é determinado com 90%. Dilactídeo não pode ser comprovado por análise de HPLC. A bomba de vácuo não mostra nenhuma perda de potência, o que poderia indicar desgaste ou corrosão. Opcionalmente, ácido láctico aquoso, fresco, pode ser introduzido na circulação através da alimentação 16.
[0039] Na figura 2 está representado o processo total contínuo da produção de polilactídeo (processo de PLA), a partir de ácido láctico. O processo subdivide-se, nesse caso, nas seguintes etapas parciais, que são realizadas com os componentes individuais, explicados mais detalhadamente a seguir, integrados no dispositivo de polimerização 100. O dispositivo de polimerização 100 compreende, nesse caso, um dispositivo de condensação 1 de acordo com a invenção.
1. Concentração de ácido láctico [0040] O material inicial para o processo é ácido láctico. Nesse caso, o teor de ácido láctico precisa ser mais alto que 80% em peso. De preferência, nesse caso, a concentração de ácido láctico perfaz mais de 90%, porque a água precisa ser retirada antes da polimerização. A separação de água e ácido láctico é realizada, nesse caso, em uma coluna de retificação 101. Nesse caso, vácuo é aplicado através de um bocal de aspiração 103, a água que se apresenta em forma de vapor é condensada e retirada, no lado da cabeça, através de um outro bocal 104. A alimentação de ácido láctico dá-se, nesse caso, continuamente através de um outro bocal 102. O destilado é água pura, o produto que se apresenta no lado do coletor, é ácido láctico, com uma
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14/17 concentração de mais de 99% em peso.
[0041] Além da separação de água do material original (ácido láctico), a coluna de retificação 101 também serve para a separação dos vapores dos reatores de pré-condensação 105a e 105b. As correntes de vapor consistem, nesse caso, em ácido láctico, ácido lactoil láctico, dilactídeo e água. A água é retirada no lado da cabeça, o ácido láctico e seus derivados vão para o coletor da coluna de retificação e, de lá, junto com o ácido láctico concentrado, para o primeiro reator de précondensação 105a.
2. Pré-condensação [0042] O ácido láctico pré-condensado é transformado em uma série de dois reatores 105 e 105b por policondensação em um prépolímero. A policondensação ocorre sob duas pressões e temperaturas diferentes, para otimizar o rendimento de reação. No primeiro reator 105a, as condições são escolhidas de tal modo que a evaporação de ácido láctico seja minimizada e, simultaneamente a remoção de água seja facilitada. Na segunda etapa da policondensação, a velocidade de reação é aumentada por uma temperatura mais alta, simultaneamente, a pressão é reduzida, para diminuir adicionalmente a concentração de água na fusão. A massa molar média (média numérica) do pré-polímero situa-se, nesse caso, entre 500 e 2.000 g/mol.
3. Despolimerização ciclizante [0043] O pré-polímero está em equilíbrio químico com o dímero cíclico do ácido láctico, o dilactídeo. Por ajuste de pressão e temperatura no reator de despolimerização 106, está garantido que o lactídeo seja formado e evaporado continuamente do pré-polímero. A corrente de vapor do reator de despolimerização 106 consiste, principalmente, em lactídeo. Água, ácido láctico e seus oligômeros lineares só estão presentes em quantidades secundárias. Os vapores são condensados parcialmente no dispositivo de condensação 1 de acordo com a inven
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15/17 ção: água e a maior parte de ácido láctico permanecem, nesse caso, em forma de vapor. O condensado contém, em primeiro lugar, o lactídeo, ácido lactoil láctico (o dímero linear do ácido láctico) e oligômeros lineares mais altos. [O lactídeo apresenta-se em duas formas estereoisoméricas: o lactídeo opticamente ativo, L,L-lactídeo e o mesolactídeo, de uma combinação de uma unidade de ácido L(+) e D(-)-láctico. As unidades D(-) originam-se parcialmente do regente, em parte, são formadas pela racemização de unidades L(+) durante a prépolimerização e a despolimerização.]
4. Purificação de lactídeo [0044] Durante a polimerização de abertura de anel, o peso molecular obtenível e, com isso, propriedades mecânicas importantes do polilactídeo dependem do grau de purificação do lactídeo. Os grupos hidroxila do ácido láctico e ácido lactoil láctico, contidos como impurezas, servem, nesse caso, como ponto de partida da polimerização. Quanto mais alta for a concentração dos grupos hidroxila no lactídeo, tanto menor é o peso molecular obtenível do polímero. A concentração dos grupos hidroxila no lactídeo bruto é alta demais depois da despolimerização ciclizante. O lactídeo condensado é purificado em uma coluna de retificação ou em uma coluna de parede divisória 108 até a concentração de grupos hidroxila necessária. O lactídeo purificado é retirado da coluna 108 como produto secundário. O destilado e o produto do coletor são reconduzidos ao processo em diferentes locais. Além do peso molecular do polilactídeo, suas propriedades são fortemente influenciadas pelo teor de D (a quantidade de unidades estruturais, que apresentam a configuração D).
5. Polimerização por abertura de anel [0045] A polimerização por abertura de anel é realizada em um reator, que está formado de uma combinação de uma caldeira de agitação 109 e de um reator de tubo 110. No primeiro reator 109, o lactí
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16/17 deo de baixa viscosidade é polimerizado para PLA, com um índice de conversão de 50%. O catalisador e os aditivos são misturados homogeneamente na fusão.
[0046] No reator de tubo 11, a reação de polimerização é prosseguida até que seja atingido um equilíbrio entre polímero e monômero. A conversão máxima do monômero perfaz cerca de 95%. Durante a polimerização, a viscosidade aumenta para cerca de 10.000 pa.s.
6. Desmonomerização [0047] Para obter um polilactídeo estável, a concentração de monômero de aproximadamente 5% na fusão é alta demais. Por esse motivo, precisa ser realizada uma desmonomerização. Isso é obtido por uma desgaseificação da fusão em um extrusor de rosca sem-fim dupla 111. Devido ao fato de que a polimerização por abertura de anel é uma reação de equilíbrio, é adicionado um estabilizador antes da desmonomerização, para impedir a restauração do monômero durante e depois da desgaseificação.
7. Granulação e cristalização [0048] Subsequentemente à desmonomerização, a fusão é retirada do extrusor 111 e transformada em um granulado 112. Nesse caso, podem ser realizadas tanto granulação de extrusão como granulação subaquática. Nos dois casos, o granulado de PLA precisa ser cristalizado antes da secagem e da embalagem. A cristalização é realizada a temperaturas elevadas e sob agitação, por tanto tempo até que o granulado não cole mais um no outro.
[0049] Um dispositivo de condensação 1 descrito acima pode ser usado, por exemplo, em um processo representado na figura 2, para separar vapores de dilactídeo das etapas de processo individuais. Para esse fim, o dispositivo de condensação é usado como componente integrante de uma disposição representada na figura 2. Uma alimentação de vapores de processo ao dispositivo de condensação 1 pode
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17/17 dar-se de uma, mais ou todas as etapas de processo. Portanto, a disposição do dispositivo de condensação não está limitada a dispositivo representado na figura 2, o dispositivo de condensação 1 também pode estar disposto a jusante e/ou a montante de outras etapas de processo.
Claims (17)
- reivindicações1. Processo para condensação e/ou lavagem de um diéster em forma de vapor, biodegradável, cíclico intermolecular, de um ácido alfa-hidroxicarboxílico da Fórmula II o o Fórmula II na qualR é selecionado dentre hidrogênio ou radicais alifáticos lineares ou ramificados, com 1 a 6 átomos de carbono, a partir de uma mistura de vapor contendo o diéster da Fórmula II, o ácido alfa-hidroxicarboxílico da Fórmula I, correspondente ao diéster da Fórmula II, e água, o referido processo sendo caracterizado pelo fato de que compreende:colocar em contato, pelo menos uma vez, uma corrente de um líquido de condensação e lavagem (3), que contém uma solução aquosa do ácido alfa-hidroxicarboxílico da Fórmula IOH ^COOH Fórmula I, correspondente ao diéster da Fórmula II, com a mistura de vapor, e dissolver o diéster da Fórmula II, contido na mistura de vapor, no líquido de condensação e lavagem (3).
- 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o líquido de condensação e lavagem (3) é guiado em uma circulação.
- 3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracte- rizado pelo fato de que ao líquido de condensação e lavagem (3) é adicionado uma quantidade tal de uma mistura de água e ácido hidroPetição 870180129783, de 13/09/2018, pág. 22/322/5 xicarboxílico da Fórmula I, de forma que o limite de solubilidade do diéster da Fórmula II no líquido de condensação e lavagem não é excedido.
- 4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que ao líquido de condensação e lavagem (3) é adicionada uma quantidade tal de uma mistura de água e ácido hidroxicarboxílico da Fórmula I, de forma que a viscosidade do líquido de condensação e lavagem permaneça aproximadamente constante.
- 5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a concentração do diéster da Fórmula II, no líquido de condensação e lavagem (3), é ajustada para, no máximo, 5% em peso.
- 6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a solução aquosa, fresca, do ácido alfa-hidroxicarboxílico da Fórmula I, é adicionada ao líquido de condensação e lavagem (3).
- 7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma retirada parcial do líquido de condensação e lavagem (3) é efetuada após alcançar uma concentração de, no máximo, 5% em peso, de preferência, no máximo, 3% em peso do diéster da Fórmula II, no líquido de condensação e lavagem (3).
- 8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que um dispositivo de concentração e lavagem (1) é utilizado, e que compreende:(a) um recipiente coletor (2), que contém um líquido de condensação e lavagem (3), sendo que o recipiente coletor (2) apresenta pelo menos uma saída (5), (b) montada com ajuste positivo sobre o mesmo, pelo mePetição 870180129783, de 13/09/2018, pág. 23/323/5 nos uma coluna (6), que apresenta pelo menos uma guarnição de troca de material (7) que preenche, pelo menos parcialmente, a secção transversal da coluna (6), (c) pelo menos uma alimentação (8) para vapor de processo, que está disposta abaixo da guarnição de troca de material (7) da coluna (6), bem como (d) pelo menos uma descarga (9) para o vapor de processo, disposta acima da guarnição de troca de material (7) da coluna (6), sendo que a saída (5) do recipiente coletor (2) está conectada com a coluna (6) para garantia de uma circulação do líquido de condensação e lavagem (3) através de uma tubulação (10), e a entrada da tubulação (10) na coluna (6) está disposta acima da guarnição de troca de material (7).
- 9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o estabelecimento de contato dá-se a uma pressão entre 0,5 kPa e 90 kPa (5 mbar e 900 mbar), de preferência, entre 0,1 kPa e 20 kPa (10 mbar e 200 mbar).
- 10. Processo, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma coluna (6) apresenta pelo menos um distribuidor de líquido (11) para distribuição do líquido de condensação e lavagem (3), alimentado através da tubulação (10), que está disposto acima da pelo menos uma guarnição de troca de material (7).
- 11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma coluna (6) e/ou o recipiente coletor (2) apresentam meios para aquecimento do líquido de condensação e lavagem (3).
- 12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que a tubulação (10) apresenta um trocador de calor (12).Petição 870180129783, de 13/09/2018, pág. 24/324/5
- 13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que o recipiente coletor (2) apresenta uma possibilidade de retirada (4), para retirada do líquido de condensação e lavagem (3).
- 14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, caracterizado pelo fato de que a mistura de vapor é posta em contato com o líquido de condensação e lavagem (8) em uma coluna, que apresenta uma guarnição de troca de material, que preenche, pelo menos parcialmente, a secção transversal da coluna.
- 15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte do diéster da Fórmula II se origina de um dispositivo de purificação disposto a montante.
- 16. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte de vapor é originado de pelo menos de uma etapa de processo da produção de polilactídeo, da policondensação de ácido láctico, da despolimerização térmica de oligômeros do ácido láctico, com uma massa molar média entre 500 g/mol e 5000 g/mol, da retificação de dilactídeo, da polimerização por abertura de anel de uma mistura de reação que contém dilactídeo, da desmonomerização a vácuo de polilactídeo ou de seus copolímeros, e/ou, simultaneamente, de várias das etapas de processos citados previamente.
- 17. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que é na produção de diésteres cíclicos intermoleculares, biodegradáveis, de um ácido alfahidroxicarboxílico da Fórmula II, de preferência, dilactídeo, de modo particularmente preferido, L-dilactídeo, e/ou na produção de polímeros de diésteres cíclicos, de um ácido alfa-hidroxicarboxílico da Fórmula II, de preferência, polilactídeo (PLA), de modo particularmente preferido,
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