PT95573A - Processo para a extraccao de uma substancia apolar de uma fase liquida mediante um gas supercritico e com uma coluna de extrccao de pratos perfurados - Google Patents

Description

ENIMONT AUGUSTA, S. Ρ. A ««PROCESSO PARA A EXTRACÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA APOLAR DE UMA "FASE LÍQUIDA MEDIΑΗΤΕ UM GÂS SUPERCRÍTICO E COM UMA COLUNA DE EXTRACÇÃO DE PRATOS PERFURADOS««

DESCRIÇÃO A presente invenção diz respeito a um novo processo para a extracção de substâncias apoiares, especialmente n-parafinas, de misturas que os contêm, empregando um gás em condições supercríticas que aetua em contracorrente numa coluna com nova idealização e que contém uma série de pratos perfurados especialmente adaptados para esse tipo de extracção. - A presente invenção refere-se também â coluna empregaé da no mencionado processo. 0 processo descrito na presente invenção ê particular-mente apropriado para a separação das n-parafinas que não reagiram com o resto da mistura reaecional nos proeessos de sul-fonação das mesmas. 0 fraccionamento de misturas complexas nos constituintes individuais constitui desde sempre um dos problemas mais. agudas do ponto de vista industrial, visto que os processos industriais modernas se foram afinando cada vez mais na preparação de produtos 0 mais possível isentos de subprodutos e de compostos que não reagiram.

Essa exigência ê sobretudo sentida nos processos de sul-fonação das n-parafinas, em que estas últimas têm de ser separadas no máximo grau possível dos produtos que reagiram não só por evidentes razões económicas, mas também porque a sua presença ê indesejada para utilizações a que se destinam os ácidos parafino- sul fónicos,

As soluções geralmente propostas para as separações dos subprodutos do tipo antes descrito· são hoje em dia as operações de extracção líquido/líquido que empregam equipamento com carao-terísticas muito diferentes. Ê, por exemplo, o caso descrito na patente de invenção europeia número 131913» de acordo com a qual os produtos da re-acção provenientes do reactor de sulfonação das n-parafinas são separados mediante duplo tratamento de extracção com isopropa-nol e cloreto de metileno seguido de destilação final da fase rica em n-parafinas.

Processos notavelmente mais económicos e seleetivos do que a de extracção líquido/líquido foram ultimamente propostos

para a extracção de componentes diversos das suas misturas de reacção; esses sistemas utilizam fluidos mantidos em condições supercríticas, isto é, em condições de pressão e de temperatura acima dos seus valores críticos.

Os fluidos que trabalham nessas condições são extrema-mente sensíveis a variações de pressão do sistema em que operam. De facto, pequenas diferenças de pressão ou de temperatura de um fluido supercrítico provocam variações consideráveis da sua densidade.

Além disso, e de considerar o facto de que os fluidos supercríticos possuem uma viscosidade semelhante â dos gases, compreendendo-se a razão pela qual esses fluidos supercríticos são cada vez mais utilizados nas operações de extracção. Já que o poder dissolvente de um fluido depende fortemente da densida« de desse fluido, pequenas variações de pressão na região das T e P supercríticas variam portanto a solubilidade e a. selectivi-dade do mesmo, acelerando assim notavelmente a velocidade de extracção e de separação do soluto no processo de estracção.

Um processo de extracção das n-parafinas das suas misturas com parafinas sulfonadas baseado na utilização de^.CC^ supercrítico encontra-se descrito na patente de invenção portuguesa námero 85 389· Para a realização desse processo, prevê-se o emprego de um equipamento de extracção essencialmente constituí-

-V- do por um extractor no qual se coloca a mistura que contem o produto que se pretende extrair com GO2 supercrítico, e por um separador onde o C0^9 separado da substância extraída, é reciclado para o extractor com bombas doseadoras, apôs condensação prévia. 0 processo em questão, vantajoso pelo emprego de um gás supercrítico em relação aos sistemas líquido/liquido conhecidos realiza-se, todavia, em cargas descontínuas, o que nem sempre se traduz em vantagens operativas imediatas.

Estas poderiam, evidentemente, ser obtidas se os benefícios ligados ao emprego de um gás supercrítico fossem ligados a uma metodologia de extracção realizada em contracorrente, empregando por vezes equipamento com as características apropriadas a essa finalidade, exactamente como sempre se fez nos sistemas líquido/líquido. Porém, hoje em dia, não são conhecidas, para os sistemas que compreendem meios de contacto com gases su-percríticos, informações comparáveis com as dos sistemas líquido/líquido .

Constitui portanto um objectivo da. presente invenção proporcionar um novo processo para a extracção de substâncias apoiares de uma fase líquida que as contém, que permita o supe-ramentó dos inconvenientes da técnica conhecida aos quais se fez referência antes.

Em particular, constitui um primeiro aspecto da presente invenção um processo para a extracção de compostos apoiares de misturas que os contêm, que emprega um fluido em condições supercríticas, o qual actua em eontracorrente numa coluna de nova idealização que contém uma série de pratos perfurados particularmente apropriados para esses tipos de extracção.

Constitui um outro aspecto da presente invenção um tipo particular de coluna de extracção que se pode empregar no pro4: cesso de extracção mencionado antes.

Como se verá mais pormenorizadamente nos Exemplos seguintes, o novo processo permite atingir elevados graus de pureza dos produtos que se quer separar, juntamente com uma ele¥d vada eficiência de extracção e elevados rendimentos em relação â quantidade de gás crítico empregado.

Em particular, o método de acordo com a. presente inven* ção prevê a introdução no fundo da coluna de extracção, que contém uma série de pratos perfurados, cujo exemplo de realização prática é descrito mais adiante, de um fluido de extracção em condições de temperatura e de pressão superiores às temperaturas críticas do mesmo, enquanto do topo da coluna se faz descer em eontracorrente a mistura líquida mais pesada a extrair..

Para. que 0 fluido hipererítico fosse C02 que, como se

referiu antes, se revelou particularmente apropriado para a èx-tracção de n-parafinas das suas misturas com parafinas sulfona-das, é necessário operar em condições de T e de P respectiva-mente superiores a 35° C e 120 atmosferas/

Um tai exemplo de coluna de extracção que, como se disse antes, constitui um aspecto integrante da presente invenção, eneontra-rse descrito nas Figuras 1 e 2 anexas e foi uma coluna como essa que foi utilizada para realizar a experimentação que se descreve em seguida.

Naturalmente,a coluna, desenhada nas referidas figuras, embora constituindo parte integrante da presente invenção, não deve ser considerada como uma limitação desta última. Outros modelos de coluna de extracção podem ser realizados para efec-tuar o processo de extracçao de acordo com a premente invenção, mas esses modelos e a sua utilização devem considerar-se dependentes, quando não já compreendidos, na definição da invenção descrita na presente memória, descritiva.

Fazendo referência âs Figuras 1 e 2, a coluna e realizada como um tubo para. alta pressão, fechado na extremidade por flanges planos e dotado dos necessários suportes laterais. 0 troço que corresponde aos pratos mantidos em posição por tubos distanciadores tem uma parede fina com diâmetro exterior ligeiramente inferior ao diâmetro interno do tubo. V. -7-

Na Figura 2 (que esquematiza a coluna de extracção), a linha. 1 indica particularmente a sonda capacitiva e a linha 2 a posição de nível$ além disso, f hipotizada a presença de dez pratos.

Todos os pratos são iguais e são montados alternativamente rodados de 180 grausJ um prato de extracção extá represen-tado na Figura 1, na qual sao também indicadas as dimensões âs auais se recorreu para a realização dos ensaios como se descreve pormenorizadamente rnais adiante; os furos dos pratos têm um diâmetro compreendido entre 2'e 15 milímetrps. A Figura 3 representa, por sua vez, um esquema operativo ao qual se poderá fazer referência para a compreensão dos E-xemplos experimentais descritos mais adiante.

Nessa Figura, 1 representa a introdução de C02, 2 a di-recção de saída do extracto:^* 3 a linha de entrada da carga, o ponto de recolha do refinado (SASA)j PC indica o controlo da pressão, enquanto LC se refere a.0 controlo do nível.

Para os fins experimentais, emprega-se uma coluna de diâmetro igual a 50 milímetros com pratos em AISI 904L com duas fases de 5 milímetros e downcomer com o diâmetro igual a 10 milímetros (Figurall). A fase contínua desce ao longo do downcomer

-8- A fase dispersa sai passando através dos furos. A fase dispersa nestas condiçoes subdivide-se em esferas que inferiormente ao prato subsequente voltam a formar uma fase contínua.

Na coluna, estão instalados dez pratos distanciados de cerca de 150 mm.

Nestas condições, o gás supererítico passa dez vezes de uma fase contínua para uma fase dispersa; considerado o espaço que deve ser mantido por cima dos furos, o espaço em que se dá o contacto entre a fase líquida contínua e o gás disperso é pelo menos igual a 100 mm.

Realizou-se uma serie de ensaios em condições diversas; estão indicados alguns mais significativos,

EXEMPLOS

Exemplo 1

Condições Operativas 150 bar kf c

Pressão

Temperatura

Fase contínua SASA/nivel no topo

Composição da Carga

Percentagem em peso SASA ko NP 50 h2o + h2so^ 10 Caudais de entrada e de saída (Figura 3) 1 - co2 10 kg/hora 2 - Extracto 11, 15 kg/hora 00 0 0 10 kg/hora riP 1,13 kg/hora 3 - Carga 2,50 kg/hora SASA 1 nP 1,25 h2o/h2so^ 0,25 4 - Refinado 1,35 S SASA 1 nP 1,12 h2o/h2so^ . 0,23.

As concentrações foram expressas como relações entre nP e C02 e nP e SASA, respectivamente

Da Figura 4, resultam 2,7 pratos teóricos que correspondem a uma eficiência de 27% por prato.

Exemplo 2

Condigões Operativas

Pressão 150 bar

Temperatura 45° C

Fase contínua SASA/nível no topo.

Composigão da Carga (utilizou-se o refinado de 1)

Percentagem em Peso 73 9 18. 10 kg/nora 10,11 10 0,11 1,37 1 0,12 0,25

SASA nP Η20/Η2δ0^

Caudais de Entrada e de Salda (Figura 3) 1 - C02 2 - Extracto co2

nP 3 - Carga

SASA nP Η20/Η230^

Re finado 1,26 SASA 1 h2o/h2so^ 0,25 nP 0,012

As concentrações foram expressas como relações entre nP e C02 e nP e SASA, respectivamente.

Da Figura 5, resultam 2,5 pratos teóricos que correspondem a uma eficiência de 25% por prato.

Os exemplos mostram que ê possível atingir uma elevada pureza do SASA (cerca de 99%) com utilização de dez pratos em duas extracções sucessivas. .Da Figura. 6, deduz-se o comportamento de uma Cínica coluna; torna-se necessário para obter o resultado numa única extracçao seis pratos teóricos, isto é, vinte e cinco pratos reais, que correspondem a uma. altura de 3750 milímetros, facilmente realizávelí a linha tracejada A refere-se ao ensaio número 1, a linha cheia B ao ensaio número 2.

Com os caudais indicados, tem-se uma produção de SASA p purificado igual a 1 kg/hora por 20 cm da coluna; uma coluna com 5000milímetros de diâmetro permitiria uma produção de pelo menos 200 kg/hora de SASA purificado em produção contínua. β

Para. uma realização industrial, pode manter-se esquema de instalaçao, realizando eventualmente pratos passagens no caso de grandes diâmetros. o mesmo com mais

Claims (6)

1. -13“

   V1" .¾ REIVINDICAÇÕES 1. - Processo para a éxtracção âe uma substância apoiar de uma substância polar em fase liquida, caracterizado pelo fac .to de se fazer contactar a fase líquida que contêm a- substância que se pretende, extrair, com um gás supercrltico em contracorren te numa coluna de éxtracção com pratos perfurados.
2. 2. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri zado pelo facto de o gás supercrltico ser CC^·
3. 3. - Processo de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo facto de a fase liquida que contém a substância a extrair ser uma mistura de ácidos sulfõnicos, agua e ·» i

   s
4. 4.- Processo de acordo com as reivindicações 2 e 3, ca-racterizado pelo facto de a referida extracção se efectuar numa coluna substancialmente constituída por um tubo resistente a al ta pressão no qual se inserem pratos perfurados e dispositivos para o controlo do nível e da descarga da fase pesada.
5. 5. - Processo de acordo com a reivindicação anterior, ca racterizado pelo facto de a coluna empregada possuir pratos com furos com um diâmetro compreendido entre 2 e 15 mm.
6. 6. - Processo de acordo com. a. reivindicação anterior, ca racterizado pelo.facto de a coluna.empregada possuir pratos todos iguais, montados alternadamente rodados de 180°C. Lisboa, 11 de Outubro de 1990 O Agsnte Oficiai da Prcpr sdade Industrial