Reactor de Membranas Adsorptivo de Leito
Móvel Simulado, novo processo híbrido de
separação e respectivas utilizações
Carla S.M. Pereira, Viviana M.T.M. Silva, Alírio E. Rodrigues
LSRE - Laboratório de Processos de Separação e Reacção
Departamento de Engenharia Química
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal
Índice
Produtos Verdes
Solvente verde: Lactato de Etilo
Aditivo verde de diesel: Dietilacetal
Separações Reactivas
Reactor de Leito Móvel Simulado (RLMS)
Reactor de Membranas (RM)
Novo processo híbrido: PermSMBR
Conceito
Aplicações: Lactato de Etilo e Dietilacetal
Comparação: RLMS vs. PermSMBR
Conclusões
CSMP
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Produtos Verdes
Solvente verde: Lactato de Etilo
Solvente
Aditivo Alimentar
Perfumaria
Cosmética
Indústria
Farmacêutica
Mercado mundial: 3 milhões de toneladas por ano, o que corresponde a aproximadamente 3 mil
milhões de euros1.
1) Jones J, Pham T, Smart K, Splinter D, Steele M. Ethyl Lactate Production. Capstone Design Project, University of
Oklahoma, CH E 4273, Spring 2003.
CSMP
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Produtos Verdes
Aditivo verde para diesel: Dietilacetal
Fragrâncias Perfumaria
A visão em 1997
Crude
Natural Gas
Solventes
Propane
Butane
Virg. Naphta
Gasoil
isomerization
deydrogenation
cat. cracking
steam cracking
Isobutane
Resinas de
Poliacetais
PROPYLENE
Syn Gas
Water
MTBE
TAME
METHANOL
ETBE
BIOMASS
Legend
TAAE
ETHANOL
fermentation
dehydrogenation
currently used
potential future
application
CSMP
ISOMYLENES
TBA
IPA-DIPE
Produtos
Farmacêuticos
Aditivo de
Combustível
ISOBUTENE
DIETHYLACETAL
ACETALDEHYDE
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Produtos Verdes
Síntese do lactato de etilo
+
H
Ácido Láctico
Etanol
Água
Lactato de Etilo
Conversão de equilíbrio ≈ 55%
Síntese do dietilacetal
+
OH
2
+
O
H
O
+
H2O
O
Etanol
Acetaldeído
Dietilacetal
Água
Conversão de equilíbrio ≈ 57%
Catalisador: Amberlyst 15-wet
Resina ácida de permuta iónica
CSMP
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Separações Reactivas
Processos Tradicionais
Reactor
reagentes
mistura
reaccional
Separador
produtos
Intensificação de Processos
reagentes
Separador Reactivo
produtos
Destilação Reactiva
Extracção Reactiva
Reactores Cromatográficos (adsorptivos)
Reactores de Membranas
CSMP
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Reactor de Leito Móvel Simulado (RLMS)
Desorvente
Desorvente
(A)
Eluent (E) (A)
Eluent
(E)
Extracto
(A+D)
(B+E)
Zona I
Extracto (A+D)
Refinado (A+C)
Raffinate (C+E)
Zona III
Conversão
Reagentes e
Separação
dos Produtos
Zona IV
Regeneração
do Desorvente
Zona II
Port switching
Direcção
dodirection
líquido e
alternância das portas
A+B  C+D
Regeneração
da Resina
Raffinate (C+E)
(A)
Refinado (A+C) Alimentação (A+B) Alimentação (A+B)
O RLMS é constituído por várias colunas interligadas em série, com duas correntes de entrada e duas
correntes de saída.
Todas as correntes são introduzidas/retiradas do sistema através de portas existentes entre as
colunas, e as suas posições são deslocadas periodicamente na direcção do líquido, de forma a simular
o movimento do sólido em contra-corrente com o líquido.
CSMP
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Unidade Piloto RLMS
Unidade piloto de LMS LICOSEP 12-26;
12 colunas ( L=23 cm; diâmetro=2.6 cm;
Empacotamento: Amberlyst 15-wet
Unidade Piloto Licosep 12-26 SMB (Novasep, France)
CSMP
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Produção de Lactato de Etilo no RLMS
Ethanol
Desorbent
Ethanol
Desorbent
/ Water
Extract
Extract
Liquid
Raffinate
Ethanol
Raffinate
/ Ethyl
Feed
Conversão
Feed
Lactic Acid solution
(85 wt% in water)
Lactate
Conversão de equilíbrio
RLMS
flow
= 55 %
100 %
Pereira, C.S.M., Zabka, M., Silva, V.M.T.M. and Rodrigues, A.E., 2009. A novel process for the ethyl lactate synthesis in a
simulated moving bed reactor (SMBR). Chem. Eng. Sci. 64 (14): 3301-3310.
CSMP
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Produção de Dietilacetal no RLMS
Reactor de Leito Móvel Simulado para a Síntese de Acetais ACETech
Ethanol
Desorbent
(1),(2)
Ethanol / Water
Desorbent
Extract
Extract
Liquid flow
Raffinate
Raffinate
Ethanol / ACETAL
Feed
Feed
Ethanol+Acetaldehyde
Conversão de equilíbrio= 57 %
RLMS Conversão 100 %
1) Rodrigues, A. E. and Silva, V. M. T. M. Industrial process for acetals
production in a simulated moving bed reactor. Patent PT 103123,
2004; WO 2005/113476A1, 2005.
2) Silva, V. M. T. M. and Rodrigues, A. E., 2005. Novel process for
diethylacetal synthesis. AlChE J. 51 (10): 2752-2768.
CSMP
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Reactor de Membranas (RM)
A+B  C+D
Permeado
membrana
catalisador
Retido
Os reagentes A e B são alimentados ao reactor de
membranas, onde se formam os produtos C e D.
A membrana é selectiva a um dos produtos, D,
removendo-o do meio reaccional.
Conversões superiores às de equilíbrio.
Unidade Reactor de Membranas por Pervaporação
CSMP
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PermSMBR: o Conceito
Reactor integrado com duas técnicas diferentes de separação:
i) cromatografia (Leito Móvel Simulado - SMB);
ii)membrana permeável.
PermSMBR: Reactor de Membranas Adsorptivo de Leito Móvel Simulado
Desorvente (A)
Refinado (A+C)
Refinado
Alimentação
Direcção do líquido e
alternância das portas
Desorvente
CSMP
A+B  C+D
Extracto
Extracto (A+D)
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Alimentação (A+B)
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PermSMBR: Aplicações
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Concentração (mol/L)
12 colunas, cada coluna com 13 membranas
comerciais tubulares selectivas à água;
T=50ºC; Empacotamento: Amberlyst 15;
Etanol
Ác. Láctico
Etil Lactato
Água
16
14
12
10
8
6
Alimentação: Etanol / Acetaldeído
Dessorvente: Etanol
4
Configuração: 6-3-3
2
D0
P1
P2
P3
X
3
P4
P5
P6
6
P7
F
Alimentação: Ácido láctico (85 wt%)
Dessorvente: Etanol
Configuração: 3-3-4-2
Conversão: 99,34 %
PUR: 99.19 %
PUX: 99.98 %
P8
P9 9
P10
P11
Conversão: 99,93 %
P1212
R
PUR: 99.78 %
18
Etanol
Acetaldeído
Dietilacetal
Água
16
Concentração (mol/L)
0
14
12
10
8
6
4
2
0
D0
CSMP
P1
13
P2
P3
3
P4
F6
R 9
P5
P6
P7 12
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Comparação: RLMS vs. PermSMBR
Lactato de Etilo
Resultado de optimização de ambas as tecnologias, RLMS e PermSMBR
Produtividade
(kgEL/LA15/dia)
Consumo de dessorvente
(LEth/kgEL)
RLMS
PermSMBR
Melhoria
(%)
18,06
25,68
42,22
4,75
3,57
24,74
Dietilacetal
PUR,
X,
RLMS
RLMS
= PUR,
= X,
PermSMBR
PermSMBR
= 99.78 %
= 99.93 %
Produtividade, RLMS=Produtividade, PermSMBR = 22. 51 kgAcetal/LA15/dia
Consumo de dessorvente
(LEth/kgAcetal)
CSMP
RLMS
PermSMBR
Melhoria
(%)
1.74
0.57
67.2
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Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal
Conclusões
Os compostos oxigenados (como os ésteres e os acetais) provenientes de
matéria prima renovável, são bastante atractivos e requerem processos
eficientes e sustentáveis para serem competitivos no mercado.
O reactor RLMS é uma dessas tecnologias promissoras, particularmente para
reacções limitadas pelo equilíbrio (A+B  C+D) que podem ser deslocadas
até conversões de 100%.
Esta tecnologia integrada com membranas, deu origem ao novo processo
híbrido PermSMBR, que permite melhorar o desempenho do RLMS:
• aumento de produtividade;
• redução significativa do consumo de dessorvente.
redução dos custos associados às unidades de separação seguintes
CSMP
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Ciência 2009 - Encontro de Ciência em Portugal
Obrigada pela vossa atenção!
CSMP
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