BRPI0513799B1 - Processo contínuo para a produção sob encomenda e em sítio de ácido peracético aquoso - Google Patents

Description

"PROCESSO CONTÍNUO PARA A PRODUÇÃO SOB ENCOMENDA E EM SÍTIO DE ACIDO PERACÉTICO AQUOSO" Campo da Invenção A presente invenção está voltada à preparação de ácido peracético aquoso, um agente oxidante útil para tais aplicações como desinfecção, esterilização, branqueamento e síntese química.

Antecedentes da Invenção O ácido peracético (indicado como PAA ou HOOAc aqui) tem sido há muito tempo reconhecido por sua utilidade em uma ampla variedade de usos finais. Em desinfecção de água residual e água, por exemplo, PAA destròi os microorganismos e patógenos nocivos ao público e ao ambiente sem produzir subprodutos tóxicos ou deixar resíduos químicos. Nas aplicações de branqueamento, PAA produz níveis mais elevados de transparência sem degradar a resistência da fibra. Outras aplicações, incluindo sanitização do equipamento, esterilização do grão e solo, e síntese química e proveito da síntese química dos benefícios de PAA sobre as alternativas. PAA é atualmente produzido comercialmente como uma mistura de equilíbrio de peróxido de hidrogênio, ácido acético, água, e ácido sulfúrico com quantidades trações de estabilizadores (indicado ácido peracético de equilíbrio, ou eq-PAA aqui). 0 teor de ácido peracético ativo é tipicamente controlado de 5 a 35%, em peso, dependendo do uso final particular.

Entretanto, existem várias deficiências com eq-PAA que limitam sua utilidade prática. Por exemplo, o uso de eq-PAA é limitado por sua instabilidade inerente e consideração de segurança, particularmente em altas concentrações. Trinta e cinco por cento (35%) das soluções são inflamáveis sob os padrões da Associação de Prevenção de Incêndio Nacional (NFPA). Os regulamentos de transporte comercial restringem a concentração para menos do que 35% quando embarcado em avenidas públicas, entretanto, os fabricantes tipicamente limitam a concentração a 15% exceto para circunstâncias especiais.

Como um produto de equilíbrio, eq-PAA contém quantidades substanciais de materiais brutos não reagidos. Esses materiais não reagidos representam perda econômica que pode aumentar o custo para o PAA ativo por um fator de dois a três.

Existem muitas aplicações onde a presença desses materiais não reagido desencoraja o uso de eq-PAA. Por exemplo, nas usinas de tratamento de água residual convencionais, o peróxido de hidrogênio não reagido (H2O2) e ácido acético (HOAc) contribuirá significantemente com as propriedades de carregamento em descargas finais, incluindo toxicidade, Demanda de Oxidação Química (COD), Demanda de Oxigênio Bioquímico (BOD) e Carbono Orgânico Total (TOC), etc., todos dos quais devem atender às permissões de descarga federais e locais (por exemplo, NPDES, Sistema de Eliminação de Descarga de Poluente Nacional) promulgadas sob a Lei de Água de Limpeza dos Estados Unidos da América. Vários métodos foram propostos para moderar as limitações de eq-PAA. Na Patente Ü.S. 5.122.538 de Lokkesmore e ouros, um método é descrito para produzir produtos de ácido peracético de equilíbrio em sítio no ponto de uso. 0 método utiliza uma resina de permuta de ácido não dilatante como um catalisador para produzir ácido peracético de ácido acético e peróxido de hidrogênio. Uma desvantagem deste método é o produto de ácido peracético conter quantidades substanciais de ácidos acéticos e peróxido de hidrogênio. O tempo de equilíbrio prolongado (várias horas) necessita de grandes inventários de ácido peracético que apresenta riscos de armazenamento adicionais requerendo precauções especiais. Este método para armazenamento e produção em sítio retém os impactos adversos no custo, segurança e no ambiente.

Uma solução mais completa envolve separar e reciclar os componentes de não PAA em eq-PAA. Entre esses está PAA destilado (indicado aq-PAA aqui) que estava disponível desde de 1950.

Em uma Patente U.S. 3.264.346 antiga de Weiberg, e outros, um processo é descrito para produzir uma solução aquosa de ácido peracético por destilação da solução de um meio de reação contendo ácido acético, peróxido de hidrogênio, ácido sulfúrico, água e ácido peracético. 0 uso deste processo requer uma razão molar de peróxido de hidrogênio para ácido acético de 5:1 a 15:1.

Em Swern, D., "Organic Peroxides", Vol. 1, John Wiley & Sons, Nova York, 1970, pp. 349-351, um processo é descrito para a produção de ácido peracético por destilação de ácido peracético de um meio de reação aquoso contendo catalisador de ácido acético, peróxido de hidrogênio, ácido peracético, e ácido sulfúrico em equilíbrio substancial.

Outra técnica descreve aspectos do processo de produção de aq-PAA tal como destilação, disposição de purga, e estabilização do produto.

Um exemplo de um processo contínuo para a produção de ácido peracético aquoso é a Patente U.S. 5.886.216 de Pudas (veja também EP 0789016) , que descreve a produção de ácido peracético aquoso da maneira descrita por Weiberg e outros (U.S. 3.264.346) e Swern, como descrito acima, exceto que o consumo de energia térmica, requerido para destilação é fornecido por circulação do meio de reação através de um loop externo consistindo em uma bomba e um permutador de calor. A taxa de circulação é mantida em um nivel suficiente para prevenir a vaporização no loop externo, ao mesmo tempo em que o consumo de calor é mantido em um nível de mais do que 0,2 KW/KG de meio de reação por circulação de água quente através do permutador de calor. Ao mesmo tempo em que a transferência de calor mais eficiente pode ser obtida desta maneira do que por circulação de água quente através de um invólucro no reator, o processo sofre da desvantagem dos riscos associados com vapor elevado e aprisionamento de líquido no reator.

Em 1004576 Al, um método é descrito para produzir ácido peracético por reação de peróxido de hidrogênio e ácido acético em um meio aquoso na presença de um catalisador de ácido e continuamente destilando o ácido peracético, a razão molar de peróxido de hidrogênio para ácido acético no meio de reação variando de 0,6:1 a 4:1, respectivamente, e o meio de reação sendo circulado através de uma caldeira de recozer de termossifão por fervura de convecção convencional.

Outra derivação envolve o espargimento do meio de reação, onde o catalisador de ácido fresco é alimentado continuamente no meio de reação ao mesmo tempo em que retirando um volume similar continuamente para purificar o meio de impurezas ameaçadoras à segurança do processo. Um exemplo do espargimento do meio é descrito no Pedido de Patente U.S. No. 20020177732 de Pohjanvesi, e outros, que descreve as melhoras alimentando-se o catalisador continuamente no meio de reação retirando-se uma porção do meio como um produto de base. O meio resultante é destilado em aq-PAA em produções máximas. EP 1247802 descreve um método para descartar a corrente de purga de ácido neutralizando-se o· restante de ácido sulfúrico e ácido acético nesta e combinando-se a corrente com o produto de ácido peracético destilado. Uma utilização levemente melhor dos materiais brutos é obtida além da eliminação de uma corrente de excreção.

Outro exemplo é EP 98203946.3, que adicionalmente descreve o uso de estabilizadores e coadores para estabilizar o aq-PAA.

Outro exemplo é descrito no Pedido de Patente U.S. No. 20020193626 de Pohjanvesi, e outros, que descreve o uso de uma base para neutralizar os ácidos não reagidos por meio do qual o produto de PAA destilado é estabelecido. Significantemente, todos esse processos de neutralização de ácido sofrem de desvantagens comuns, incluindo a adição de uma quantidade equivalente estoiquiométrica de base e a introdução de sais conjugados que não são desejáveis na maioria das aplicações. A instabilidade inerente de PAA induz a outros defeitos de aq-PAA: sua transportabilidade. Quando armazenados em temperaturas ambientes (por exemplo, 20°C), aq-PAA rapidamente reverte para H2O2 e HOAc (aproximadamente 1,5% de decomposição por dia). Quando armazenado em temperaturas baixas (por exemplo, 0°C), a reação reversa é consideravelmente menor e o produto pode manter uma vida de prateleira razoável (aproximadamente 0,3% de decomposição por dia). Desse modo, aq-PAA não é suficientemente estável durante períodos prolongados sem elaborar equipamentos de refrigeração e controles, que grandemente complica sua distribuição e armazenamento.

Até hoje, o Departamento dos Estados Unidos de Transporte (USDOT) não permitiram o transporte de eq-PAA em recipientes maiores do que recipientes de volume intermediários de 300 galões (IBC's), ao mesmo tempo em que os regulamentos para o transporte de aq-PAA não foram esboçados. Portanto, PAA não pode ser embarcado em quantidades volumosas e em preços competitivos com substâncias químicas volumosas convencionais tal como hipocloreto de sódio para desinfecção.

Era resumo, a técnica anterior relacionada com aq-PAA trata da produção igualmente de produções mais elevadas de PAA e tratamento da estabilidade de PAA durante a produção, manipulação, e armazenamento independente dos requisitos de uso final.

Além disso, até hoje, a tecnologia de produção de aq-PAA foi aplicada comercialmente somente em instalações de fabricação de substância química especializados. Esses processos são designados para produção em grande escala de PAA empregando quantidades grandes de soluções de reação e grandes topos livres acima da solução na base da coluna de destilação. 0 risco principal associado com a tecnologia é o potencial de condições instáveis (possíveis explosões de fase de vapor) existirem no espaço de vapor acima da superfície do líquido no reator.

Desse modo, nenhuma das técnicas anteriores descritas ensina um processo adequado de pequena a média escala para prática de produção em sítio de aq-PAA (isto é, um dedicado às aplicações específicas de uso final). Aqui permanece uma de um método seguro e mais econômico para produção e aplicação de PAA em várias aplicações sem liberar produtos de excreção significantes. Seria especialmente desejável desenvolver um processo contínuo capaz de produzir aq-PAA com controles imediatos variáveis para adequar uma ampla variedade de aplicações, especialmente um processo que possa operar seguramente e eficientemente sob uma faixa de condições de processamento e com intervenção humana mínima.

Breve Sumário da Invenção A presente invenção, de acordo com um aspecto, está voltada a um processo contínuo de preparação de ácido peracético aquoso in situ (em sítio) e imediato em uma taxa controlada para atender à demanda de uma operação a jusante. Em uma modalidade preferida, o ácido peracético em solução líquida aquosa ou fase de vapor é produzido em um reator tubular continuo de circulação (fluxo tubular ou pistonado) e uma coluna de destilação (retificação). A pressão no reator preferivelmente é mantida suficientemente elevada para permitir a operação em temperaturas mais elevadas do que aquelas convencionalmente empregadas e desse modo prevenir a formação de uma fase de vapor no reator. Em outra modalidade, o ácido peracético na solução líquida aquosa ou fase de vapor é preparado em um aparato tendo um reator de vaso contínuo e coluna de destilação. Esta configuração é particularmente bem adequada para aplicações de demanda menor, uma vez que oferece vantagens tal como custo de capital menor e contendo estoques relativamente pequenos das substâncias químicas de reação no reator, desse modo fornecendo maior segurança do que em operações de grande escala.

As aplicações em sítio de ácido peracético aquoso preferivelmente são monitoradas continuamente para modular a taxa de produção para atender a demanda da operação a jusante. A disponibilidade de um aparato modular, completamente automatizado para a produção sob encomenda de ácido peracético aquoso no ponto de uso elimina os riscos e custos de transporte e armazenamento de ácido peracético aquoso. 0 processo da presente invenção tem o potencial de fornecer uma fonte muito mais segura de ácido peracético aquoso do que aquela disponível de tecnologias existentes. Isto é devido grandemente aos estoques limitados de reagentes no reator, particularmente aqueles na fase de vapor. O processo oferece muitas vantagens para aplicações requerendo desinfecção, sanitização, branqueamento, deslignificação, dessulfurização, e fabricação de substância química. 0 produto final de ácido peracético, substancialmente livre de impurezas ou reagentes residuais, pode ser produzido ou como uma solução aquosa líquida e medido em qualquer das várias aplicações, ou como um vapor aquoso medido diretamente em uma aplicação particular. Na realidade, a maioria da reação pode ser realizada em um reator tubular operado sob pressão suficiente para prevenir a formação de vapor no reator, desse modo aumentando a segurança total.

Breve Descrição dos Desenhos Um entendimento mais completo da presente invenção e as vantagens desta podem ser adquiridos referindo-se è seguinte descrição em consideração dos desenhos de acompanhamento, nos quais números de referência semelhantes indicam características semelhantes, e onde: Figura 1 é um fluxograma do processo para a produção de ácido peracético aquoso empregando um aparato modular contínuo de acordo com uma modalidade da invenção.

Figura 2 é um fluxograma do processo para a produção de ácido peracético aguoso empregando um aparato modular continuo de acordo com a modalidade da invenção; e Figura 3 esquematicamente ilustra uma variedade de usos finais potenciais de ácido peracético aquoso produzido em sitio e imediato de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção Na seguinte descrição das várias modalidades, referência é feita aos desenhos de acompanhamento, que formam uma parte desta, e na qual são mostradas através de ilustração várias modalidades nas quais a invenção pode ser praticada. É para ser entendido que outras modalidades podem ser utilizadas e modificações estruturais e funcionais podem ser feitas sem afastar-se do escopo da presente invenção. A presente invenção será descrita a seguir principalmente com referência à produção em sítio e sob encomenda de ácido peracético aquoso em uma taxa controlada para atender a demanda de ácido peracético em uma operação a jusante. De importância comercial particular são o tratamento e desinfecção de descargas de usina de tratamento municipal de água residual de água servida. 0 equipamento de produção pode ser dimensionado de acordo com a demanda da operação a jusante e preferivelmente é capaz de produção variável para combinar variâncias de demanda diária baixa e elevada. A presente invenção é útil para a produção de aq-PAA para o tratamento de uma ampla variedade de água, água residual, correntes industriais, artigos comerciais, e na fabricação ou purificação de intermediários e compostos químicos. Os exemplos não limitantes de outras operações a jusante incluem águas residuais industriais, dessulfurização de petróleo, circuitos de água de resfriamento, despigmentação, branqueamento de papel e polpa de celulose, branqueamento têxtil, lavanderias institucionais, água potável, água de processo, água recreacional e agrícola, e equipamento de bebida e alimento (descrito na Figura 3). Os exemplos não limitantes de fabricação de intermediários e compostos químicos incluem a epoxidação e hídroxilação de óleos naturais empregados nos plásticos, indústrias de revestimentos e tintas, bem como a epoxidação de outras olefinas naturais ou sintéticas. Outros exemplos não limitantes incluem a fumigação de, por exemplo, construções, estruturas, grãos, solos, frutos, vegetais, animais ou outros artigos de valor comercial.

Em geral, a presente invenção tem utilidade para o tratamento de qualquer corrente susceptível ao tratamento por PAA ou transformação de um composto por PAA. Uma "corrente susceptível ao tratamento por PAA" refere-se a qualquer água, água residual, ou corrente industrial para que PAA, com ou sem tratamentos adicionais, reduza a população de microorganismos (exemplos não limitantes tipo protozoários, bactérias, patógenos e vírus) e/ou torne a corrente menos tóxica, menos sulforosa, ou de outro modo mais adequada para ou compatível com sistemas de distribuição à jusante ou descarga para uma vertente recipiente. Uma "transformação de um composto" refere-se a qualquer composto químico que seja capaz de reagir com PAA para formar uma nova espécie química (ou mais pura) , tal como um produto acabado ou intermediário.

Nas modalidades ilustradas, o ácido peracético aquoso é produzido da reação catalisada de ácido entre ácido acético (HOAc), e peróxido de hidrogênio em água em um recipiente de reação adequado, destilado, e aplicado ou como uma solução aquosa condensada ou como um produto acabado. 0 produto acabado é alimentado proporcionalmente e diretamente nas aplicações de uso final quando é produzido. A fase inicial do processo envolve continuamente adicionar os reagentes em relações específicas junto com o PAA produzido (também representado como HOOAc) em qualquer concentração, até e incluindo uma concentração de estado estacionário. A taxa de formação de PAA é proporcional à concentração de catalisador de ácido, a concentração de cada reagente, a temperatura da reação, e a temperatura e pressão de destilação. A substância química do processo total, com ácido sulfúrico como o catalisador de ácido, é expresso na Tabela 1: A estoiquiometria da reação afirma que 1 mol de ácido acético requer 1 mol de peróxido de hidrogênio para produzir 1 mol de PAA quando a reação é 100% eficiente. Uma vez que PAA está em equilíbrio com os reagentes, então menos do que quantidades estoiquiométricas de PAA são produzidas no reator. As relações molares dos reagentes e produções de eq-PAA são descritas na Tabela 2 com respeito à concentração de 'ácido acético na unidade.

As relações molares dos reagentes e produções de eq-PAA são descritas na Tabela 3 com respeito à concentração de peróxido de hidrogênio na unidade.

Uma vez que PAA é destilado em uma taxa variável, as condições de equilíbrio são nunca atendidas e a reação muda ou se expande para a direita (Tabela 1) . As concentrações do reagente ou relações molares podem ser aumentadas para produzir PAA em uma produção aumentada, ou reduzida para menores do que a produção. As concentrações dos reagentes são variadas de acordo com a taxa de produção requerida para atender à demanda da aplicação. A reação entre somente ácido acético e peróxido de hidrogênio em água prossegue para o equilíbrio, embora a taxa seja muito lenta para ser de uso comercial prático.As leis fundamentais de substância química também demonstram que as taxas são proporcionais à concentração dos reagentes primários. Entretanto, mesmo em concentrações elevadas, a taxa é muito lenta para uso prático.

Para aumentar a taxa de formação de PAA, um ácido tal como ácido sulfúrico é adicionado como um catalisador. Quando a concentração de ácido sulfúrico é suficientemente elevada, é considerado que ela participa como um superácido reversível (por exemplo, Ácido de Caro, ácido peroximonossulfúrico) ou outro intermediário uma vez que a taxa varia com a quantidade de ácido sulfúrico e peróxido de hidrogênio adicionada na reação. A taxa de formação de PAA aumenta com a concentração de ácido sulfúrico, como descrito na Tabela 4. As concentrações de ácido acima de 30% são difíceis de se manter uma vez que as concentrações são limitadas aos efeitos de diluição dos outros reagentes. As taxas mostradas ilustram o efeito do catalisador e não limitam o escopo da presente invenção.

Uma característica preferida da presente invenção é controlar a taxa de formação de PAA variando-se a quantidade de catalisador de ácido durante a reação. Uma vez que reação é iniciada, a taxa pode ser aumentada variando-se a taxa de purga, que aumenta ou diminui a concentração de catalisador no reator. As impurezas coletadas na mistura de reação, por exemplo, metais pesados lixiviados dos materiais de construção e dos reagentes, são também removidas da purga. Quando o aq-PAA é destilado, a reação muda para a direita da equação (Tabela 1), produzindo mais PAA. Outros catalisadores podem ser empregados, tal como outros catalisadores de ácido mineral ou um catalisador de fase sólida, empregado ou na suspensão ou em um leito do filtro, tendo propriedades de superácido. Observação particular é feita de catalisadores de zircônio sulfatado opcionalmente contendo tungstênio e/ou fosfato. A pré- mistura do catalisador de (super)ácido e peróxido de hidrogênio para realçar a formação de ácido de Caro pode também ser empregada para acelerar a formação de ΡΆΆ. 0 efeito da temperatura sobre a taxa da reação segue o comportamento Arrhenius típico. Os aumentos da temperatura apenas não são suficientes para alcançar produções de PAA uma vez que aumentar a temperatura para acima de 80°C acelera a decomposição de PAA e H2O2, desse modo limitando o desempenho. Entretanto, aumentar igualmente a temperatura e a concentração do catalisador de ácido sulfúrico resulta em taxas práticas de reação. Portanto, o ajuste da temperatura, de ambiente para 60-80°C fornece outro método de controle para pré-selecionar a taxa de produção de PAA. 0 consumo de energia de calor aplicada é variado e em proporção à taxa desejada de produção para atender à demanda de aplicação. A taxa de produção de aq-PAA é também controlada pela pressão e temperatura durante a destilação. Uma faixa de pressão de 3 a 27 KPa é preferida, especialmente de 7 a 13 KPa, em uma faixa de temperatura preferida de 40 a 60°C na coluna de destilação. Portanto, o ajuste da pressão e temperatura durante a destilação fornece outro método de controle para pré-selecionar a taxa de aq-PAA produzido. O vácuo e temperatura aplicados são variados em proporção à taxa desejada de produção requerida para atender a demanda de aplicação e obter a concentração desejada de PAA no produto.

Uma característica da presente invenção refere-se a segurança durante a produção e manuseio de PAA. Existem dois métodos preferidos empregados na presente modalidade para gerar aq-PAA, um método utiliza um reator tubular e o outro método usa um reator de vaso Contínuo. 0 método empregado depende da taxa total de aq-PAA requerido para as aplicações de uso final. As pessoas versadas na técnica reconhecem que os estoques em processamento de aq-PAA e seus precursores devem ser mantidos a níveis mínimos como parte de um programa, manuseio de risco de perigo. Para reduzir os riscos inerentes neste tipo de operação, um reator de Vaso Contínuo pode ser empregado para operações de escala menor por que os estoques em processamento são menores e geralmente serão preferidos em tal operação por que é menos caro e mais simples de operar. Um reator tubular pode ser empregado para qualquer tamanho de aplicação em virtude do invento no processo mínimo (particularmente, o volume baixo de vapor) proporcionado pelo uso de um reator carregado de líquido de tempo de permanência curto, e é preferido para todas as operações e média a grande escala por causa de suas vantagens de segurança inerentes.

Aq-PAA pode ser produzido por qualquer dos reatores previamente descritos. Ambos métodos são ilustrados nas Figuras 1 e 2.

No reator tubular(PL) descrito na Figura 1, o catalisador de peróxido de hidrogênio, ácido acético, ácido sulfúrico e água (que são tipicamente adicionados totalmente com o peróxido de hidrogênio e/ou ácido acético) são alimentados pelo reator junto com a recirculação de mistura de reação da base da coluna de destilação. 0 calor para a reação é fornecido por um invólucro no reator de PL, que é operado sob pressão suficiente (controlado por uma válvula de controle de contrapressão na linha de descarga do reator) para prevenir a vaporização no reator. Quando a mistura de reação descarrega do reator na base da coluna de destilação, que opera em uma pressão e temperatura mais baixa, a cintilação ocorre. 0 vapor surge através da coluna de destilação onde ele é retificado para produzir a concentração de PAA desejada com níveis mínimos de ácido acético e peróxido de hidrogênio residual. 0 líquido recircula para o reator PL. A operação do reator e equipamento associado é modulada para produzir PAA suficiente para atender as demandas de cada aplicação. 0 reator de vaso contínuo (CP) descrito na Figura 2 é similar ao reator PL exceto que os reagentes são tipicamente carregados pelo reator de vaso na base da coluna de destilação e a destilação ocorre como um resultado do calor adicionado pelo invólucro no reator de vaso empregando água quente ou outro meio de aquecimento. 0 refluxo é retornado para a coluna para determinar a retificação desejada, ao mesmo tempo em que o equilíbrio do vapor é condensado e alimentado pela aplicação ou é alimentado diretamente pela aplicação como um vapor.

Reator tubular Figura 1 ilustra um reator tubular (PL) de acordo com uma modalidade preferida da invenção. 0 reator de PL [11] descrito na Figura 1 opera com volume grandemente reduzidos de reagentes no reator do que é o caso com o reator de CP (Fig. 2), então é intrinsecamente mais seguro e particularmente bem adequado para operações de escalas maiores, embora ele possa ser empregado para qualquer da operação. Os materiais brutos, incluindo ácido acético [1], peróxido de hidrogênio [2], ácido sulfúrico [3], e água deionizada [4], que é geralmente ou principalmente carregado com ácido acético e peróxido de hidrogênio, são carregados pelo reator de PL [11], que é envolvido [10] e precedido por um misturador em linha [9]. Os materiais brutos são carregados em uma taxa correspondendo à taxa de produção desejada. O reator de PL [11] opera em temperaturas mais elevadas do que foi até agora empregado na produção de ácido peracético aquoso e em pressões suficientes para prevenir a vaporização no reator. Quando a mistura de reação sai do reator de PL [11] através de uma válvula de contrapressão [12] , ela descarrega na base da coluna de destilação [5], onde cintila na pressão mais baixa na coluna. O vapor surge através da coluna [14], onde é retificado para produzir a concentração de destilado desejada. A mistura de reação de composição constante na base da coluna [5] após a cintilação é re-circulada para o reator PL [11] onde é combinada com os reagentes frescos. Para aumentar a produção, as taxas de alimentação de todos os reagentes são aumentadas proporcionalmente. Alguma redução na taxa de purga da base da coluna pode ser necessária para aumentar a concentração do catalisador na mistura de reação para obter taxas de produção aumentadas e/ou a temperatura pode necessitar ser aumentada. 0 tempo de permanência no reator de PL [11] tipicamente varia de 1 a 30 minutos, preferivelmente 1 a 10 minutos. A temperatura de reação no reator de PL [11] tipicamente será na faixa de 60-80°C e a pressão tipicamente será na faixa de 500- 1500 mm Hg abs.

Coluna de Destilação Uma coluna de destilação [14] é montada diretamente sobre o topo da base da coluna de destilação [5] que funciona como um pote de surto do qual o líquido combinado deixando a base da coluna e a porção líquida da descarga do reator seguindo a cintilação é re-circulada para o reator de PL [11] através da bomba [8], ao mesmo tempo em que o topo da coluna é conectado a um condensador [15] onde o vapor do topo da coluna é totalmente condensado. A coluna de destilação [14] contém uma ou mais placas teóricas. A coluna pode conter tanto quanto 10 ou mais placas teóricas porém na prática geralmente contém cerca de 3-6 placas teóricas. Uma porção do condensado é retornada para o topo da coluna para fornecer o refluxo [17] necessário para a retificação do vapor deixando o pote, ao mesmo tempo em que o equilíbrio do destilado é transferido do recipiente de destilado [16] para o tambor day [18]. O vácuo no sistema é fornecido por uma bomba a vácuo [20] tal como uma bomba de anel líquido empregando água como um líquido de vedação. Uma análise típica do destilado é 25% de ácido peracético, menos do que 1% de peróxido de hidrogênio, menos do que 4% de ácido acético, e a água de equilíbrio. A mistura do vapor de ebulição da base da coluna de destilação [5] passa na base da coluna [4] a temperaturas na faixa de 40-60°C, mais preferivelmente na faixa de 45-55°C, e em pressões na faixa de 30-200 torr, mais preferivelmente na faixa de 50-100 torr.

Opcionalmente, uma porção do vapor do topo da coluna [14] pode ser empregada sem condensação sendo-se extraída em uma corrente de vapor de água ou ar a ser tratada, onde o sistema extrator fornece o vácuo requerido, ou pode ser retirado através de uma bomba a vácuo seca; com o equilíbrio do vapor do topo da coluna sendo condensado para fornecer o refluxo necessário e uma pequena quantidade de solução de ácido peracético líquido adicional que é acumulada no tambor day [18] para uso como um líquido e durante a partida do sistema.

Descarga do Reator Periodicamente, uma descarga do reator ou corrente de purga da mistura no pote é removida para um recipiente de nível [6] para controlar o nível de catalisador e para prevenir o acúmulo de níveis potencialmente danosos de contaminantes. Alguns ajustes da taxa de purga podem também ser necessário quando as taxas de produção tiverem que ser alteradas. Em muitos casos, pode ser praticável adicionar a mistura de purga para aplicação de uso final, que evita uma requisição de disposição desperdiçada menor. Em outros casos, pode ser necessário descarregar a corrente de purga para o esgoto seguinte à neutralização.

Abertura e Sistema à Vácuo Vácuo pode ser fornecido por uma bomba a vácuo de anel líquido [20] empregando água em uma base como o liquido de vedação. Se o uso final do PAA é para tratamento de água residual, esta água pode ser empregada como o líquido de vedação. Todos condensíveis restantes na abertura do condensador serão absorvidos na água empregada como o líquido de vedação. O nível de vácuo é controlado admitindo-se ar na entrada da bomba a vácuo. A abertura da bomba a vácuo, substancialmente livre de qualquer contaminante orgânico, é descarregada na atmosfera.

Alternativamente, para algumas aplicações tal como tratamento de água residual, o vácuo pode ser fornecido por um sistema extrator [22] empregando a água a ser tratada como o fluido motor. Aqui também o ar no fluxo para o sistema extrator ou dissolverá na água a ser tratada ou separará da água substancialmente livre de qualquer contaminante orgânico. Alternativamente, uma bomba a vácuo seco [25] pode ser empregada onde o vapor é para ser empregado para aplicações de fase de gás [26], por exemplo, para desinfetar solo, frutos ou vegetais.

Condensador Um condensador [15] empregando água gelada como um refrigerante condensa todo ou uma porção do vapor do topo da coluna [14]. O condensado drena no recipiente do destilado [16] , do qual parte dele é bombeado para o topo da coluna como refluxo [17], e o equilíbrio é bombeado para o tambor day [18], do qual é bombeado para a aplicação de uso final quando necessário ou acumulado para uso suplementar e partida seguinte a uma paralisação.

Controlador 0 processo e aplicações preferivelmente são manipulados por um controlador computadorizado [27] onde os canais de consumo/ produção (1/0) [13], [28], [29], [30], e [31], mostrados nas Figuras 1, 2 e 3, enviam e recebem informação pelos módulos do processo. Os módulos do processo incluem os reatores e precursores químicos, equipamento de destilação e produtos de PAA, e aplicações. O controlador compreender um computador ou PLC e interface de maquina humana (HMI) [27] onde a operação do processo total é mantida. A produção de aq-PAA é modulada para uma taxa desejada nas especificações do desenho de cada modelo do processo.

Reator de Vaso Contínuo A modalidade de Pote Contínuo (CP) ilustrada na Figura 2 é particularmente bem adequada para taxas menores de produção. Neste exemplo, as substâncias químicas precursoras incluem ácido acético [1], peróxido de hidrogênio [2], ácido sulfúrico [3], e água deionizada [4], que é geralmente ou principalmente adicionada com o peróxido de hidrogênio e/ou ácido acético. Inicialmente, a base da coluna de destilação [5], que funciona como o reator de CP, é carregado com as quantidades de cada substância química requerida para aproximar a composição de estado estacionário antecipada do pote. 0 vácuo é aplicado no nivel desejado e os teores dos potes são aquecidos para temperatura de reação normal. A alimentação de peróxido de hidrogênio, ácido acético e ácido sulfúrico {geralmente pré-misturado com ácido acético) é então começada. 0 calor é aplicado ao reator por vapor de pressão baixa ou água quente circulada através de um invólucro, ou por um aquecedor de pote elétrico para obter a taxa constante desejada de vaporização que manterá o nivel no pote ao mesmo tempo em que simultaneamente removendo uma pequena corrente de purga liquida ou descarga do pote.

Uma coluna de destilação [14] que fornece pelo menos 3-6 placas teóricas é montada diretamente no topo do reator de CP [5], ao mesmo tempo em que o topo da coluna é conectado a um condensador [15] onde o vapor do topo da coluna é totalmente condensado. Uma porção do condensado é retornada para o topo da coluna para fornecer refluxo [17] necessário para a retificação do vapor deixando o reator de CP [5], ao mesmo tempo em que o equilíbrio do destilado é transferido do recipiente de destilado [16] para o tambor day [18]. Uma análise típica do destilado é 25% de ácido peracético, menos do que 1% de peróxido de hidrogênio, menos do que 4% de ácido acético e o equilíbrio de água. A ebulição da mistura de vapor do pote passa na base da coluna [14] a temperatura na faixa de 40-60°C, mais preferivelmente na faixa de 45-55°C, e em pressões na faixa de 30-200 torr, mais preferivelmente na faixa de 50-100 torr.

Como na primeira modalidade da Fig. 1, uma porção do vapor do topo da coluna pode ser empregada sem condensação sendo-se extraída em uma corrente de água a ser tratada, o sistema extrator fornece o vácuo requerido, ou pode ser retirada através de uma bomba a vácuo seco; com o equilíbrio do vapor do topo da coluna sendo condensado para fornecer o refluxo necessário e uma pequena quantidade de solução de ácido peracético líquido adicional.

Periodicamente, uma descarga do reator ou corrente de purga da mistura no reator de CP [5] é removida para um recipiente de nível [6] para controlar o nível de catalisador e para prevenir o acúmulo de níveis potencialmente danosos de contaminantes. Alguns ajustes da taxa de purga podem ser necessários quando as taxas de produção têm que ser alteradas. Em muitos casos, pode ser praticável adicionar a mistura purgada à aplicação de uso final, que evita uma requisição de disposição desperdiçada menor. Em outros casos, pode ser necessário descarregar a corrente de purga para o esgoto seguinte a neutralização.

Outras características da modalidade do reator de CP da Fig. 2, incluindo a bomba a vácuo [20], sistema extrator [22], controlador [27], e outros componentes, podem ser como descrito acima com referência à modalidade de PL da Fig. 1.

Aplicações de Uso Final A presente invenção é descrita com referência à produção local e sob encomenda de ácido peracético aquoso em uma taxa proporcional às aplicações de uso final subseqüente [50] até [77], descrito na Figura 3. De importância comercial particular é o tratamento e desinfecção de descargas de usina de tratamento de água residual de água servida municipal (WWTP). A presente invenção é também útil para a produção de aq-PAA e tratamento de uma ampla variedade de água, água residual, efluentes industriais, alimentos e bebidas, e na fabricação de intermediários e compostos químicos. Os exemplos não limitantes de aplicações de uso final são descritos através de exemplos para cada das seguintes indústrias.

Tratamento de Água Residual Municipal [50] Desinfecção de Água Residual Municipal Desinfecção a Descarga de Esgoto Combinado Industrial [53] Tratamento de Água Residual Industrial Dessulfurização de Petróleo Tratamento de Água de Resfriamento [56] Branqueamento [59] Despigmentação Branqueamento de Polpa e Papel Branqueamento de Têxteis Branqueamento de Lavanderias Institucionais Tratamento de Água [62] Desinfecção de Água Potável Sanitização de Água de Processo Sanitização de Equipamento de Alimento e Bebida [66] Processamento Químico [69] As aplicações empregando PAA tradicionalmente usam PAA de equilíbrio onde quantidades significantes dos reagentes (isto é, H2O2, HOAc e ácido sulfúrico) permanecem no produto de equilíbrio. As aplicações listadas acima geralmente operam em um custo muito menor empregando aq-PAA comparado com eq-PAA uma vez que tidas as substâncias químicas precursoras são reagidas em aq-PAA, ao mesmo tempo em que o catalisador de ácido sulfúrico é purgado do reator. Os custos de operação são reduzidos também onde as substâncias químicas precursoras são liberadas para o cliente em embalagem de volume, por exemplo, em quantidades de carga de caminhão, atualmente eq-PAA deve ser liberado em quantidades embaladas menores do que 300 galões, que grandemente aumentam os preços das substâncias químicas, requisições de manuseio, e custos de operação.

Desinfecção de Água Residual Municipal [50] (cf. Bacia de Desinfecção [51]) Talvez a maior aplicação de aq-PAA seja para a desinfecção de efluentes de água residual municipal [50] como uma alternativa para, por exemplo, desinfecção com base em cloro. Aq-PAA é aplicado ao estágio final da água residual em uma concentração geralmente variando de cerca de 0,5 a 25 mg/L, mais preferivelmente de cerca de 5 a 15 mg/L, para alcançar os padrões de desinfecção para descarregar para uma vertente recipiente. Em especificações de construção mais antiga, o aq-PAA pode ser aplicado diretamente em uma bacia de desinfecção existente [51] com nenhuma melhora de capital adicional, um exemplo não limitante é uma bacia típica exibindo características de fluxo pistonado anteriormente empregada para processos de desinfecção com base em cloro convencionais. Embora o tamanho da bacia originalmente empregada para desinfecção de cloro seja com base em um tempo de contato mínimo de 30 minutos, o tempo requerido para a desinfecção de aq-PAA é na ordem de 5 a 7 minutos. A capacidade extra de uma bacia de desinfecção existente não limita o desempenho de aq-PAA. Enm novas especificações de construção, uma bacia de desinfecção empregando aq-PAA requer uma pegada muito menor, menor volume, e menos tempo de retenção comparado com a cloração tradicional. Em conseqüência, o capital e custo de operação são também reduzidos empregando a desinfecção de aq-PAA.

Os regulamentos ambientais e permissões de descarga, promulgados no Ato Legislativo de Água Limpa de 1972 e emendas posteriores, restringem os resíduos de cloro em descargas de água residual para uma vertente recipiente. Para atender a essas normas, a descloração é requerida para eliminar o cloro residual. Os processos típicos de descloração adicionam dióxido de enxofre gasoso ou soluções de bissulfeto de sódio em uma bacia de descloração antes da descarga. As bacias de desinfecção foram modificadas e construídas para incluir ambas câmaras de cloração e descloração. O uso de desinfecção de aq-PAA não requer qualquer tratamento adicional antes da descarga. Qualquer aq-PAA residual se transformará em ácido acético, água, e oxigênio com nenhum impacto significante em qualquer parâmetro de descarga, os exemplos não limitantes dos parâmetros de descarga incluem TOC, COD, BOD e toxicidade.

Uma bacia de desinfecção [51] empregando (porém não limitada a) uma designação de bacia de oxidação típica é bem adequada para as aplicações de aq-PAA. A desinfecção é monitorada e controlada por um PLC e sensores eletrônicos localizados em todo o processo de desinfecção, os controles não limitantes incluem Potencial de Redução por Oxidação (ORP) e Sondas Seletivas de íon (ISP). O desempenho da aplicação é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sítio de uso, o controlador do usuário pode ser interfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controles redundantes.

Descarga de Corte Combinado [50] (cf. Câmara de Desinfecção [51]) Em todo mundo moderno, as usinas de tratamento de água residual municipal (WWTPs) têm a autoridade de desviar as águas servidas de enchente durantes tempos de atividade de tempestade elevada e inundação para proteger a facilidade de desmoronamento por erosão hidráulica, chamada Descarga de Corte Combinado (CSO). Durante um evento de desvio, a descarga permite limites e quantidades reportáveis podem ser excedidas, incluindo nenhuma desinfecção, sem violação ou penalidades. Entretanto, novos regulamentos promulgados pelas agencias Federais proíbem a descarga de CSO sem desinfecção. Como um agente de desinfecção, aq-PAA é também econômico comparado com as práticas de cloração e descloração convencionais, incluindo porém não limitado a, processos de hipoclorito de sódio (chamado "hipoclorito") e bissulfito de sódio (chamado "bissulfito"), respectivamente.

Os programas de desinfecção com base em hipoclorito requerem grandes tanques de armazenamento de substância química e grandes câmaras de desinfecção para atender aos requisitos de tratamento durante um evento de GSO. Durante um longo período entre os eventos de CSO, por exemplo, maiores do que três meses, o hipoclorito armazenado perderá quantidades significantes de cloro disponível ativo. A meia vida do hipoclorito pode ser menor do que um ano o que sugere que períodos de armazenamento mais longos não terão quantidades adequadas de cloro ativo disponível durante um evento de CSO. Os tanques com capacidades elevadas devem ser instalados como uma contingência e apresentam também assuntos de segurança e perfis de risco de perigo. 0 tamanho das câmaras de desinfecção por cloração e descloração dependerá da taxa de incursão de CSO esperada e do tempo de contato mínimo de 30 minutos requisitado. A vantagem da presente invenção sobre as tecnologias existentes é que aq-PAA é produzido em sítio e disponível em intensidade completa e de modo imediato, independente do armazenamento e meia vida das substâncias químicas precursoras. Por exemplo, somente H2O2 pode ser considerado ter uma meia vida limitante, entretanto, <1% de degradação por ano é esperado e qualquer perda não terá nenhum impacto sobre a produção ou uso de aq-PAA quando necessário.

Uma bacia de desinfecção típica [51] empregando (porém não limitada a) uma designação de fosso de oxidação típico é bem adequada para aplicações de aq-PAA. A desinfecção é monitorada e controlada por um PLC e sensores eletrônicos localizados em todo o processo de desinfecção, os controles não limitantes incluem ORP e ISSO. 0 desempenho da aplicação é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sítio de uso, o controlador existente do usuário pode ser interfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controles redundantes. Água Residual Industrial [53] (cf. Reator de Fluxo Pistonado [54]) Muitos tipos de águas de excreções industriais [53] não são tratáveis para disposição em usinas de tratamento de água residual biológica convencionais devido às características de carregamento elevado, por exemplo, TOC, COD e BOD, e propriedades tóxicas, por exemplo, compostos fenólicos e refratários. As aplicações de pré-tratamento incluem oxidação química para destruir os precursores responsáveis pela toxicidade e para transformar os compostos refratários em produtos facilmente assimilados no processo de tratamento biológico [55]. Em casos onde um oxidante químico seletivo é requerido, aq-PAA oxida substratos que não são de outro modo oxidados por outros programas de oxidação. Aq-PAA é mais eficiente quando empregado em faixas de concentração de cerca de 10 a 250 m/L para aplicações típicas e até cerca de 100 a 10.000 mg/L para compostos altamente refratários.

Uma designação do reator de fluxo pistonado [54] compreendendo um determinado comprimento da pipa, ou conduto similar, porém não limitado a, é bem adequada para pré-tratar as águas residuais industriais. O processo de água residual industrial é monitorado e controlado por um PLC e sensores eletrônicos localizados em todo o processo de tratamento de água residual industrial, os controles não limitantes incluem ORP, ISP, pH, e tituladores automáticos. 0 desempenho da aplicação é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sítio de uso, o controlador do usuário pode ser interfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controladores redundantes.

Dessulfurizaçao de Petróleo [53] (cf. Reator de Fluxo Pistonado [54]) As normas em todo o mundo requerendo combustíveis com baixo teor de enxofre promoveram a aplicação de aq-PAA para a oxidação e remoção de compostos de enxofre para atender os padrões mais recentes. A dessulfurização de petróleo por oxidação de sulfitos e tióis (mercaptanas) usa aq-PAA em concentrações variando de 1 a 5.000 mg/L, mais preferivelmente 50 a 500 mg/L, em combustíveis acabados de gasolina, querosene e diesel, sem limitação.

Uma designação do reator de fluxo pistonado [54] compreendendo um determinado comprimento de cano, ou conduto similar, porém não limitado, é bem adequada para pré-tratar os produtos de petróleo. 0 processo de dessulfurização é monitorado e controlado por um PLC e sensores eletrônicos localizados em todo o processo de dessulfurização, os controles não limitantes incluem analisadores de enxofre em linha automáticos e de ISP. 0 desempenho da aplicação é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sitio de uso, o controlador do usuário pode ser interfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controladores redundantes. Água de Resfriamento [56] (cf. Circuito de Água de Resfriamento [57]) Os circuitos de água de resfriamento [56] empregados em todas as usinas de geração elétrica, industrial e fabricação, sofrem grandemente dos efeitos de crescimento biológico e microorganismos. Aq-PAA é efetivo para controlar o crescimento biológico e limitar os efeitos prejudiciais causados nos circuitos de resfriamento de água. Aq-PAA é efetivo em concentrações de 0,5 a 100 mg/L, mais preferivelmente 2 a 25 mg/L, na maioria das aplicações. Aq-PAA pode ser aplicado diretamente ao circuito de água de resfriamento sem qualquer melhora de capital para instalações existentes. A qualidade da água de resfriamento é monitorada e controlada por um PLC e sensores eletrônicos localizados em todo o circuito de água de resfriamento, os controles não limitantes incluem ORP e ISP. O desempenho da aplicação é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automatização do sitio de uso, o controlador existente do usuário pode ser interfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controles redundantes.

Despiqmentaçâo [59] (cf. Equipamento de Branqueamento [60]) A reciclagem de produtos de papel requer que a polpa resultante seja livre das cores contidas no material original. Aq-PAA é particularmente efetivo para a despigmentação [53] desses produtos. Aq-PAA é efetivo em concentrações de 1 a 5.000 mg/L, mais preferivelmente 100 a 1.000 mg/L, na maioria das aplicações. Aq-PAA pode ser aplicado diretamente aos processos de despigmentação com pouco ou nenhuma melhora de capital para as instalações existentes. O processo de despigmentação é monitorado por um PLC e sensores eletrônicos localizados em todo o processo de despigmentação, os controles não limitantes incluem medições de ORP, ISP e de transparência. O desempenho da aplicação é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sitio de uso, o controlador existente do usuário pode ser interfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controles redundantes.

Deslignificação e Branqueamento de papel e Polpa [59] (Equipamento de Branqueamento [60]) 0 branqueamento e deslignificação de polpa de celulose [59] produzem melhores resultados empregando aq-PAA comparado com os processos com base em peróxido de hidrogênio ou cloro convencional. Aq-PAA é efetivo de 100 a 1.000 mg/L e até 1 a 5% de concentrações, dependendo da aplicação. Aq-PAA pode ser aplicado diretamente ao circuito de fabricação em banhos de branqueamento convencionais sem melhoras de capital extensivo para as instalações existentes.

Os processos de deslignificação e branqueamento são monitorados e controlados por um PLC e sensores eletrônicos localizados em todo o processo de branqueamento e deslignificação, os controles não limitantes incluem medições de ORP, ISP, tituladores automáticos, e de transparência. O desempenho da aplicação é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sítio de uso, o controlador existente do usuário pode ser ínterfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controles redundantes. Têxteis [59] (cf. Equipamento de Branqueamento [60]) 0 branqueamento de têxteis [59] demonstra melhores propriedades empregando aq-PAA comparado com os processos com base em peróxido de hidrogênio ou cloro convencionais. Aq-PAA é efetivo de cerca de 100 a 1,000 mg/L e até cerca de 1 a 5% de concentrações, dependendo da aplicação. Aq-PAA pode ser aplicado diretamente ao circuito de fabricação em equipamento convencional sem melhoras de capital extensivas para as instalações existentes.

Os processos têxteis são monitorados e controlados por um PLC e sensores eletrônicos localizados em todo o processo têxtil, os controles não limitantes incluem medições de ORP, ISP, tituladores automáticos, e de transparência. 0 desempenho da aplicação é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sitio de uso, o controlador existente do usuário pode ser interfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controles redundantes.

Lavanderias Institucionais [59] (cf. Equipamento de Branqueamento [60]) O branqueamento seguro para cor, de roupas e outros tecidos em lavanderias institucionais [59], demonstra melhores propriedades empregando aq-PAA comparado com os processos com base em peróxido ou cloro convencionais. Aq-PAA é efetivo de cerca de 50 a 10.000 mg/L, mais preferivelmente de cerca de 100 a 500 mg/L, dependendo dos artigos sendo lavados. O processo de lavanderia é monitorado e controlado por um PLC e sensores eletrônicos localizados em todo o processo, os controles não limitantes incluem medições de ORP, ISP, e de transparência. O desempenho da aplicação é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sitio de uso, o controlador existente do usuário pode ser interfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controles redundantes.

Tratamento de Água Potável [62] (cf. Reator e Clarificador [63]) Há ímpeto considerável, parcialmente da Agência de proteção Ambiental US (EPA), de promover programas de desinfecção de cloro livre total (TFC) em água potável [62]. Aq-PAA é efetivo para a desinfecção durante o tratamento de contato [63], e igualmente importante, como um desinfetante pós-tratamento através do sistema de distribuição para o ponto de uso (POU) [64], ou na "torneira". Aq-PAA é efetivo em concentrações de cerca de 0,5 a 5 mg/L durante o tratamento de contato e resíduos positivos de cerca de 0,25 a 2 mg/L na rede de distribuição. Aq-PAA pode ser aplicado diretamente aos sistemas de influxo, armazenamento, armazenamento, tratamento e distribuição de água existente sem melhoras de capital extensivas. A lama produzida [65] pode também ser desinfetada. 0 processo de água potável é monitorado e controlado por um PLC e sensores eletrônicos localizados em todo o processo [63], os controles não limitantes incluem medições de ORP, pH, e ISP. O desempenho da aplicação é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas.

Rede de Distribuição de Água Potável [64] Seguindo o tratamento de água potável, o aq-PAA residual na rede de distribuição e encanamento é monitorado e controlado por um PLC e sensores eletrônicos, os controles não limitantes incluem medições de ORP, pH e ISP. Os dados da rede de distribuição podem ser transmitidos de volta para o PLC onde o desempenho do sistema de distribuição é avaliado e a produção e qualidade de aq-PAA é modulada para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sitio de uso, os controladores do usuário podem ser interfaciais com o PLC do processo de aq-PAA sem sensores e controles redundantes.

Tratamento de Água do Processo [62] (cf. Reator e Clarificador [63]) As águas do processo [62] obtidas de represas de superfície, por exemplo, rios e lagos, apresentam um problema particular às operações da instalação devido às suspensões coloidais, microorganismos e material da usina. As propriedades de oxidação e desinfecção de aq-PAA o tornam particularmente útil na obtenção de um produto clarificado com mínimos aditivos de tratamento de água adicionais. Dependendo da qualidade inicial da água, aq-PAA é efetivo de cerca de 0,5 a 50 mg/L, mais preferivelmente de cerca de 5 a 25 mg/L. Aq-PAA pode ser aplicado diretamente aos circuitos de água de processo existentes sem melhoras de capital extensivas. A qualidade do processo é monitorada e controlada por um PLC e sensores eletrônicos localizados em todo o processo, os controles não limitantes incluem ORP, pH, e ISP. O desempenho da aplicação é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sitio de uso, o controlador existente do usuário pode ser interfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controles redundantes.

Sanitização do Equipamento de Alimento, Bebida e Fermentação [66] (cf. Equipamento de Alimento e Bebida [67]) Os programas de sanitização com base em cloro foram tradicionalmente empregados nas indústrias de alimento, bebida e fermentação [66], os exemplos não limitantes incluem usinas de processamento de alimento, transportes de frutas e vegetais, e cubas de processamento incluindo bebidas alcoólicas, produção de refrigerante e substâncias químicas produzidas por fermentação [67] . Eq-PAA foi introduzido como uma alternativa efetiva, entretanto, sabe-se que o ingrediente de sanitização ativo em eq-PAA é o PAA. A produção de aq-PAA em sítio imediato é mais econômica e segura de manipular do que eq-PAA convencional. Dependendo da contaminação inicial do equipamento, aq-PAA é efetivo de 0,5 a 1.000 mg/L, mais preferivelmente 100 a 250 mg/L. Aq-PAA pode ser aplicado diretamente ao equipamento existente sem melhoras de capital extensivas.

Os processos de sanitização são monitorados e controlados por um PLC e sensores eletrônicos localizados em todo o processo [67], os controles não limitantes incluem medições de ORP e ISP. O desempenho da aplicação [68] é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sítio de uso, o controlador existente do usuário pode ser interfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controles redundantes.

Processo Químico [69] (cf. Reatores Químicos [70]) A fabricação de intermediários e compostos químicos [69] inclui, porém não está limitada, ao uso de aq-PAA para oxidantes tal como epoxidação e hidroxilação de materiais olefínicos tal como óleos naturais, hidrocarbonetos, etc. Tradicionalmente, esses epóxidos e outros produtos de epoxidação são empregados como é ou como intermediários reativos na tinta e revestimentos, adesivos, aditivos plásticos, aditivos de combustível e óleo lubrificante, cuidados pessoais, e industrias de processamento de campo petrolífero. A epoxidação e hidroxilação de compostos olefínicos historicamente usam eq-PAA, onde ο H2O2, HOAc e ácido sulfúrico restantes não são utilizados e portanto perdidos, ou são realizadas empregando a produção em sítio do PAA desses reagentes. Porém, no uso da substância química de epoxidação é muito difícil parar a formação de subprodutos que resultam da reação do ácido sulfúrico e até o ácido acético com o produto de epoxidação ou oxidação. Uma característica preferida da presente invenção é a produção de aq-PAA onde todos os reagentes são transformados em aq-PAA com nenhum reagente significante perdido ou desperdiçado. Portanto, a presente invenção produz PAA em custo substancialmente menor por unidade ativa e produz produtos finais de custos substancialmente menores comparados com eq-PAA. A disponibilidade de aq-PAA produzido de acordo com esta invenção pode ser empregada em vários processamentos químicos [69] de produtos sintetizados somente de aq-PAA [71] . Como será apreciada por pessoas versadas na técnica, a estoiquiometria de reação e particulares do equipamento de reação [70] dependerão de tais fatores como o tipo de síntese e especificações do produto.

Os processos de fabricação de substância química são monitorados por um PLC incluindo canais de I/O do equipamento de fabricação. O desempenho da aplicação [71] é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sítio de uso, o controlador existente do usuário pode ser interfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controles redundantes.

Esterilização de Grão [72] (cf. Esterilização de Grão [73]) PAA vaporoso pode ser empregado para esteriliação de grão [72] como uma alternativa para apresentar tecnologia de esterilização de brometo de metila gasosa. O aq-PAA pode ser aplicado diretamente como um produto gasoso [26], os exemplos não limitantes incluem silos de grão ou outras estivas [73]. O desempenho da aplicação [74] é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sítio de uso, o controlador existente do usuário pode ser interfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controles redundantes.

Esterilização de Solo [75] (cf. Esterilização de Solo [76]) Outra modalidade da invenção é a aplicação de PAA em vapor para esterilização de solo [75] como uma alternativa para outras tecnologias de esterilização de solo. 0 aq-PAA pode ser aplicado como um produto gasoso [26] diretamente na camada do solo [76]. Em algumas aplicações, aq-PAA pode ser aplicado também como uma solução aquosa [75]. 0 desempenho da aplicação [77] é avaliado pelo PLC e a produção e qualidade de aq-PAA são moduladas para atender as demandas. Dependendo da extensão da automação no sítio de uso, o controlador existente do usuário pode ser interfacial com o PLC do processo de aq-PAA para reduzir os sensores e controles redundantes.

Ao mesmo tempo em que a invenção foi descrita com respeito aos exemplos específicos incluindo os modos presentemente preferidos de realização da invenção, aqueles versados na técnica apreciarão que existam numerosas variações e permutações das técnicas e sistemas descritos acima. Desse modo, o espírito e escopo da invenção devem ser considerados amplamente como apresentado nas reivindicações anexas.

Claims (50)

1. Processo contínuo, para produção de ácido peracético em sítio e imediato em uma taxa controlada compatível com a demanda para ácido peracético em uma operação a jusante, o processo CARACTERIZADO pelo de que compreende: (a) alimentar ácido acético, peróxido de hidrogênio, um catalisador de ácido, e água em um reator tubular para formar um meio da reação; (b) alimentar vapor do meio da reação na base de uma coluna de destilação, da qual o produto é removido como destilado ou efluente; (c) controlar a taxa de ácido peracético descarregado da coluna de destilação a fim de que a taxa na qual o ácido peracético é produzido seja compatível com a demanda para ácido peracético na operação a jusante.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a corrente efluente compreende ácido peracético em uma solução aquosa.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a corrente efluente compreende ácido peracético em uma fase de vapor.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a taxa de produção de ácido peracético é controlada aumentando-se ou diminuindo-se a concentração de catalisador por purga de uma porção do meio de reação de uma linha de recirculação para o reator tubular antes da introdução do ácido acético fresco, peróxido de hidrogênio, catalisador, e água.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a taxa de produção de ácido peracético é controlada aumentando-se ou diminuindo-se o consumo de energia térmica no reator tubular.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a taxa de produção de ácido peracético é controlada aumentando-se ou diminuindo-se a contrapressão no reator tubular para impedir a formação de uma fase de vapor.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a taxa de produção de ácido peracético é controlada controlando-se a temperatura no reator tubular.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o catalisador é selecionado do grupo consistido em ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido fosfônico, ácido sulfônico, um superácido contendo pelo menos um de ácido sulfúrico, tungstênio, e fosfato, um superácido contendo um composto de zircônio sulfatado contendo pelo menos um dos, tungstênio e fosfato e misturas destes.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o peróxido de hidrogênio é pré-misturado com o catalisador de ácido, e por conseguinte entra em contato com o ácido acético para formar ácido peracético.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que um catalisador superácido é calcinado em um suporte contendo pelo menos um dos, silica e zircônio sólidos, e onde o referido suporte é colocado em uma coluna através da qual o peróxido de hidrogênio, uma mistura de precursores de peroxiácido, ou ambos, passam.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma porção do meio da reação é purgada de uma linha de recirculação antes da introdução de ácido acético fresco, peróxido de hidrogênio, catalisador e água para impedir a construção de contaminantes de metal de traço.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o excesso de ácido ou impurezas coletado no reator e um recipiente de nível são descarregados para a operação a jusante.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o vácuo no sistema é criado por uma bomba a vácuo conectada a extremidade da descarga do condensador no qual o destilado é condensado.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a bomba a vácuo é uma bomba a vácuo de anel líquido e onde a descarga de líquido de vedação e/ou a descarga a vácuo da bomba a vácuo é capturada e alimentada na operação a jusante.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma pluralidade de reatores tubular e colunas de destilação é operada em paralelo.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão molar de alimentação de peróxido de hidrogênio para ácido acético para o sistema de reação é de 0,5:1 a 10:1.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão molar de peróxido de hidrogênio para ácido acético é de 1:1 a 5:1.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão molar de peróxido de hidrogênio para ácido acético é de 1:1 a 3:1.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que um catalisador de ácido mineral é pré-misturado com ácido acético para obter uma concentração no reator de 1 a 50% em peso.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o catalisador de ácido mineral é pré-misturado com ácido acético para obter uma concentração no reator de 5 a 20% em peso.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pressão na coluna de destilação é de 3 a 27 KPa.

22. Processo, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que a pressão na coluna de destilação é de 5 a 17 KPa.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a temperatura no reator tubular varia de 40 a 100°C.

24. Processo, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que a temperatura no reator tubular varia de 60 a 80°C.

25. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende colocar em contato o ácido peracético na corrente efluente com o efluente da usina municipal de tratamento de águas residuais para desinfetar a mesma, em uma concentração de ácido peracético de 0,5 a 100 mg/L.

26. Processo, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de ácido peracético é de 3 a 25 mg/L.

27. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende colocar em contato ácido peracético na corrente efluente com descarga de esgotos combinados para desinfetar o mesmo, em uma concentração de ácido peracético de 0,1 a 500 mg/L.

28. Processo, de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de ácido peracético é de 5 a 100 mg/L.

29. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende colocar em contato ácido peracético na corrente efluente com o efluente de uma corrente de águas residuais industrial efluente ou influente em uma concentração de ácido peracético de 0,1 a 100.000 mg/L, com o efeito de reduzir a concentração de substâncias inorgânicas e orgânicas indesejáveis nesta.

30. Processo, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de ácido peracético é de 10 a 1.000 mg/L.

31. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende colocar em contato ácido peracético na corrente efluente com produtos de petróleo para oxidar sulfitos, mercaptanas, e análogos similares, em uma concentração de ácido peracético de 1 a 5.000 mg/L.

32. Processo, de acordo com a reivindicação 31, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de ácido peracético é de 50 a 500 mg/L.

33. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende colocar em contato ácido peracético na corrente efluente com águas de resfriamento em uma concentração de ácido peracético de 0,5 a 100 mg/L.

34. Processo, de acordo com a reivindicação 33, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de ácido peracético é de 2 a 25 mg/L.

35. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende colocar em contato ácido peracético na corrente efluente com um meio contendo os produtos de papel reciclado para despigmentação em uma faixa de concentração de ácido acético de 1 a 5.000 mg/L presente no meio de contato.

36. Processo, de acordo com a reivindicação 35, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de ácido peracético é de 50 a 1.000 mg/L.

37. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende colocar em contato ácido peracético na corrente efluente com uma corrente de produto de papel e polpa para branquear ou deslignificar a mesma, ou ambos em uma concentração de ácido peracético de 10 a 100.000 mg/L.

38. Processo, de acordo com a reivindicação 37, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de ácido peracético é de 100 a 10.000 mg/L.

39. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende colocar em contato ácido peracético na corrente efluente com têxteis para branquear os mesmos, em uma concentração de ácido peracético de 10 a 10.000 mg/L.

40. Processo, de acordo com a reivindicação 39, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de ácido peracético é de 50 a 1.000 mg/L.

41. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende colocar em contato ácido peracético na corrente efluente com lavanderias institucionais para branquear a mesma, em uma concentração de 50 a 10.000 mg/L.

42. Processo, de acordo com a reivindicação 41, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de ácido peracético é de 100 a 1.000 mg/L.

43. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende colocar em contato ácido peracético na corrente efluente com água potável para tratar e desinfetar a mesma, em uma concentração de ácido peracético de 0,5 a 5 mg/L.

44. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende colocar em contato ácido acético na corrente efluente com água de processo para tratar e desinfetar o mesmo, em uma concentração de ácido peracético de 0,5 a 1.000 mg/L.

45. Processo, de acordo com a reivindicação 44, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de ácido peracético é de 3 a 100 mg/L.

46. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende colocar em contato ácido acético na corrente efluente com equipamento de manuseio de alimento e bebida para desinfetar e sanitizar o mesmo, em uma concentração de ácido peracético de 0,5 a 1.000 mg/L.

47. Processo, de acordo com a reivindicação 46, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de ácido peracético é de 3 a 100 mg/L.

48. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende colocar em contato ácido peracético na corrente efluente com uma corrente de processamento químico para epoxidar e hidroxilar pelo menos um dos alquilas, óleos, e gorduras, em uma razão molar de 0,5:1 a 5:1 de ácido peracético para alquila, óleos e gorduras.

49. Processo, de acordo com a reivindicação 49, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão molar é de 1:1 a 2:1 de ácido peracético para alquila, óleos e gorduras.

50. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a taxa de produção de ácido peracético é controlada por um dispositivo eletrônico ou mecânico conectado a operação a jusante, onde um sinal é enviado a um controlador para aumentar ou diminuir a taxa de produção de ácido peracético.