ITMI20082302A1

ITMI20082302A1 - REACTOR FOR IMMISCIBLE LIQUID REAGENTS.

Info

Publication number: ITMI20082302A1
Application number: IT002302A
Authority: IT
Inventors: Luca Casale; Serio Martino Di; Elio Santacesaria; Riccardo Tesser; Rosa Turco; Domenico Verde
Original assignee: Mythen Spa
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-06-24
Also published as: WO2010073216A8; WO2010073216A1

Description

Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo: "Reattore per reagenti liquidi immiscibili" Description of the patent application for industrial invention entitled: "Reactor for immiscible liquid reagents"

L’invenzione riguarda un reattore per reagenti in fase liquida immiscibili tra loro, in particolare un reattore per la produzione di biodiesel. L’invenzione riguarda inoltre un impianto comprendente tale reattore e un metodo per l’uso di tale reattore. The invention relates to a reactor for immiscible liquid phase reagents, in particular a reactor for the production of biodiesel. The invention also relates to a plant comprising this reactor and a method for using this reactor.

Nell’industria chimica numerose sono le reazioni che avvengono tra due fasi liquide immiscibili tra loro. Una reazione di questo tipo che in tempi recenti è diventata molto importante è, ad esempio, la reazione di oli e/o grassi con alcoli per ottenere il cosiddetto biodiesel. La fase olio e la fase alcolica, che sono parzialmente immiscibili, danno luogo ad un sistema bifasico. In the chemical industry there are numerous reactions that take place between two liquid phases that are immiscible to each other. A reaction of this type that has become very important in recent times is, for example, the reaction of oils and / or fats with alcohols to obtain the so-called biodiesel. The oil phase and the alcohol phase, which are partially immiscible, give rise to a biphasic system.

Il biodiesel, che chimicamente corrisponde a una miscela di esteri di acidi grassi a lunga catena, è ottenuto mediante un processo di transesterificazione di oli vegetali e/o di grassi animali con alcoli leggeri, preferibilmente con metanolo, in presenza di catalizzatori alcalini. La tecnologia di produzione attuale si basa sull’utilizzo di catalizzatori omogenei basici come ad esempio idrossido di sodio (NaOH), idrossido di potassio (KOH), o metilato di sodio (CH3ONa). Biodiesel, which chemically corresponds to a mixture of long-chain fatty acid esters, is obtained through a process of transesterification of vegetable oils and / or animal fats with light alcohols, preferably with methanol, in the presence of alkaline catalysts. Current production technology is based on the use of basic homogeneous catalysts such as sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), or sodium methylate (CH3ONa).

La reazione di transesterificazione avviene attraverso un processo a stadi in cui i trigliceridi sono convertiti in digliceridi, i quali poi sono convertiti a monogliceridi, e infine a glicerolo. Alla fine della reazione si ottiene quindi una fase costituita da una miscela di esteri, ed una fase contenente il glicerolo come coprodotto. The transesterification reaction occurs through a staged process in which triglycerides are converted to diglycerides, which are then converted to monoglycerides, and finally to glycerol. At the end of the reaction, therefore, a phase consisting of a mixture of esters and a phase containing glycerol as a co-product are obtained.

La configurazione degli impianti e le condizioni di reazione sono generalmente simili a quelle descritte nel brevetto US 4,303,590. Tale configurazione prevede un primo stadio di reazione condotto alla temperatura di ebollizione del metanolo (64.7°C), per un tempo di reazione compreso tra 30 e 120 minuti, con una concentrazione del catalizzatore compreso tra 0.1% e 1% in peso rispetto all’olio. Alla fine del primo stadio è separato il glicerolo prodotto dalla fase esterea. Quest’ultima è sottoposta ad un secondo stadio di transesterificazione per un tempo compreso tra 5 e 60 minuti. The configuration of the plants and the reaction conditions are generally similar to those described in US patent 4,303,590. This configuration provides for a first reaction stage carried out at the boiling temperature of methanol (64.7 ° C), for a reaction time between 30 and 120 minutes, with a concentration of the catalyst between 0.1% and 1% by weight with respect to the oil. At the end of the first stage, the glycerol produced from the ester phase is separated. The latter is subjected to a second stage of transesterification for a time between 5 and 60 minutes.

La velocità di reazione nella transesterificazione catalizzata da basi omogenee è molto elevata, tanto che nei reattori agitati questa è spesso dominata dal trasferimento di materia a causa della presenza di due fasi immiscibili. Si veda a questo riguardo la pubblicazione di D.G.B. Boocock, S.K. Konar, V. Mao, C. Lee, e S. Buligan sul Journal of the American Oil Chemists’Society, Volume 75, del 1998, pagine da 1167 a 1172 (in breve JAOCS 75 (1998) 1167-1172). The reaction rate in transesterification catalyzed by homogeneous bases is very high, so much so that in stirred reactors this is often dominated by the transfer of matter due to the presence of two immiscible phases. In this regard, see the publication of D.G.B. Boocock, S.K. Konar, V. Mao, C. Lee, and S. Buligan in the Journal of the American Oil Chemists' Society, Volume 75, 1998, pages 1167 to 1172 (JAOCS 75 (1998) 1167-1172 for short).

Anche se è stata dimostrata la linearità dell’aumento della velocità di reazione con la concentrazione del catalizzatore, ad un certo valore di concentrazione ciò non è più vero proprio per i problemi legati al trasferimento di materia. Ad esempio alcuni autori come Narváez, S.M. Rincón, e F.J. Sánchez, (JAOCS 84 (2007) 971-977) lavorando in reattori agitati a 400 giri al minuto hanno studiato l’effetto della concentrazione di catalizzatore nella reazione di transesterificazione di olio di palma con metanolo, alla temperatura di 50°C e rapporto olio/metanolo pari a 1:6. Questi studi hanno messo in evidenza che l’effetto della concentrazione del catalizzatore è importante nell’intervallo tra 0.2% e 0.6%, mentre non è più significativo nell’intervallo tra 0.6% e 1%, a causa delle limitazioni dovute al trasferimento di materia tra le fasi. Although the linearity of the increase in the reaction rate with the concentration of the catalyst has been demonstrated, at a certain concentration value this is no longer true for the problems related to the transfer of matter. For example some authors such as Narváez, S.M. Rincón, and F.J. Sánchez, (JAOCS 84 (2007) 971-977) working in stirred reactors at 400 rpm they studied the effect of the catalyst concentration in the transesterification reaction of palm oil with methanol, at a temperature of 50 ° C and oil ratio / methanol equal to 1: 6. These studies have shown that the effect of the catalyst concentration is important in the range between 0.2% and 0.6%, while it is no longer significant in the range between 0.6% and 1%, due to the limitations due to the transfer of matter. between phases.

Darkono e Cheryan (JAOCS 77 (2000) 1263) riportano che a 60°C, utilizzando lo 0.5% in peso di KOH come catalizzatore, in un reattore agitato, la fase iniziale della reazione è controllata dal trasferimento di materia. Darkono and Cheryan (JAOCS 77 (2000) 1263) report that at 60 ° C, using 0.5% by weight of KOH as catalyst, in a stirred reactor, the initial phase of the reaction is controlled by the transfer of matter.

A causa dei problemi legati al sistema bifasico, industrialmente si utilizzano reattori discontinui completamente miscelati (detti reattori di tipo batch) o reattori continui completamente miscelati (Continuous Stirred-Tank Reactor o CSTR). In ogni caso, i problemi legati al trasferimento di materia aumentano considerevolmente con l’aumentare delle dimensioni dei reattori, per cui i tempi di reazione nei reattori batch industriali, e i tempi di contatto nei reattori CSTR sono in generale superiori ai 30 minuti. Due to the problems associated with the two-phase system, fully mixed batch reactors (called batch type reactors) or Continuous Stirred-Tank Reactor or CSTR are used industrially. In any case, the problems related to the transfer of matter increase considerably with the increase in the size of the reactors, so the reaction times in industrial batch reactors, and the contact times in CSTR reactors are generally greater than 30 minutes.

Per poter utilizzare reattori in flusso senza agitazione, nel documento US 2003/0032826 è proposto l’uso di reattori continui con flusso a pistone (detti reattori plug-flow) disposti in serie e intervallati da miscelatori statici in cui il flusso della fase oleosa sia turbolento (numero di Reynolds >2100). Più recentemente, per ovviare ai problemi legati al trasferimento di fase, in WO 2007/142983 è proposto l’uso di microreattori. In questi reattori le dimensioni dei canali sono comprese tra i 50 µm e 300 µm. Questi reattori mostrano prestazioni eccezionali nelle reazioni liquido-liquido per l’elevata velocità di trasferimento di materia e di calore. In order to use flow reactors without agitation, the use of continuous piston flow reactors (called plug-flow reactors) is proposed in the document US 2003/0032826 arranged in series and interspersed with static mixers in which the flow of the oil phase is turbulent (Reynolds number> 2100). More recently, to overcome the problems related to phase transfer, the use of microreactors is proposed in WO 2007/142983. In these reactors the dimensions of the channels are between 50 µm and 300 µm. These reactors show exceptional performance in liquid-liquid reactions due to the high transfer rate of matter and heat.

Quando due fluidi sono iniettati nel microreattore il loro mescolamento avviene in regime laminare senza turbolenza (basso numero di Reynolds). Infatti, a causa dei piccolissimi diametri dei canali (d<300 µm) il tempo τ necessario alle molecole di reagente per diffondere attraverso l’interfaccia diventa estremamente piccolo poiché dipende dalla seguente relazione: τ = d<2>/D When two fluids are injected into the microreactor, their mixing takes place in a laminar regime without turbulence (low Reynolds number). In fact, due to the very small diameters of the channels (d <300 µm) the time τ required for the reagent molecules to diffuse through the interface becomes extremely small since it depends on the following relationship: τ = d <2> / D

(dove D= Coefficiente di Diffusione) (where D = Diffusion Coefficient)

In uno degli esempi riportati in WO 2007/142983, utilizzando un microreattore con canali di diametro di 100µm, con una concentrazione di catalizzatore NaOH pari all’1% in peso rispetto all’olio, e con un rapporto olio/metanolo pari a 1:7.2, dopo 10 minuti di tempo di contatto è stata ottenuta un conversione in metilesteri pari al 91%. All’aumentare del diametro dei canali del microreattore però le performance peggiorano. Infatti, per lo stesso tempo di residenza, con un diametro dei microcanali pari a 200µm si ottiene una conversione del 85%. In one of the examples reported in WO 2007/142983, using a microreactor with channels having a diameter of 100µm, with a concentration of NaOH catalyst equal to 1% by weight with respect to the oil, and with an oil / methanol ratio equal to 1: 7.2, after 10 minutes of contact time a conversion to methyl esters equal to 91% was obtained. However, as the diameter of the microreactor channels increases, performance deteriorates. In fact, for the same residence time, with a microchannel diameter equal to 200µm, a conversion of 85% is obtained.

Inoltre, l’uso dei microreattori del tipo proposto da WO 2007/142983 su scala industriale, per produzioni dunque ad elevato tonnellaggio, si presenta problematica per la difficoltà di utilizzare un grande numero di tali microreattori e per l’elevato costo che ne deriva. In addition, the use of microreactors of the type proposed by WO 2007/142983 on an industrial scale, therefore for high tonnage productions, is problematic due to the difficulty of using a large number of such microreactors and the high cost that results.

L’intensificazione del processo di produzione di biodiesel è d’altra parte un obiettivo attuale nell’industria ed è quindi sentita la necessità di mettere a punto un reattore caratterizzato da alte rese per brevi tempi di residenza che sia anche semplice ed economicamente vantaggioso da realizzare. The intensification of the biodiesel production process is on the other hand a current objective in the industry and the need is therefore felt to develop a reactor characterized by high yields for short residence times that is also simple and economically advantageous to implement. .

Scopo della presente invenzione è quello di risolvere almeno parzialmente gli inconvenienti evidenziati in relazione ai reattori, agli impianti e ai metodi di tipo noto. The object of the present invention is to at least partially solve the drawbacks highlighted in relation to reactors, plants and methods of the known type.

In particolare, compito della presente invenzione è rendere disponibile un reattore per effettuare reazioni tra liquidi immiscibili, come quella per la produzione del biodiesel, con una elevata resa e produttività. In particular, the object of the present invention is to make available a reactor for carrying out reactions between immiscible liquids, such as that for the production of biodiesel, with a high yield and productivity.

Lo scopo e i compiti sopra indicati sono raggiunti da un reattore secondo la rivendicazione 1, da un impianto secondo la rivendicazione 7 e da un metodo secondo la rivendicazione 11. The object and the tasks indicated above are achieved by a reactor according to claim 1, by a plant according to claim 7 and by a method according to claim 11.

Le caratteristiche e gli ulteriori vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di alcuni esempi di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui: Figura 1 rappresenta una vista schematica di un impianto comprendente un reattore secondo l’invenzione; The characteristics and further advantages of the invention will result from the description, given below, of some examples of embodiment, given by way of non-limiting example with reference to the attached drawings, in which: Figure 1 represents a schematic view of a plant comprising a reactor according to the invention;

Figura 2 rappresenta schematicamente una vista laterale di un reattore, a singola intercapedine, secondo l’invenzione; Figure 2 schematically represents a side view of a reactor, with a single cavity, according to the invention;

Figura 3 rappresenta schematicamente la sezione lungo la traccia III-III di figura 2; Figure 3 schematically represents the section along the line III-III of Figure 2;

Figura 4 rappresenta schematicamente una vista in pianta del reattore di figura 2; Figure 4 schematically represents a plan view of the reactor of Figure 2;

Figura 5 rappresenta schematicamente la sezione lungo la traccia V-V di figura 4; Figure 5 schematically represents the section along the trace V-V of Figure 4;

Figura 6 rappresenta una vista frontale di un reattore, a intercapedine multipla, secondo l’invenzione; Figure 6 represents a front view of a reactor, with multiple cavity, according to the invention;

Figura 7 rappresenta una vista laterale del reattore di figura 6; Figure 7 represents a side view of the reactor of Figure 6;

Figura 8 rappresenta una vista prospettica di un elemento di un possibile reattore secondo l’invenzione; Figure 8 represents a perspective view of an element of a possible reactor according to the invention;

Figura 9 rappresenta schematicamente il funzionamento di un possibile reattore, a intercapedine multipla, secondo l’invenzione. Figure 9 schematically represents the operation of a possible reactor, with multiple cavity, according to the invention.

La presente invenzione si riferisce ad un reattore 20 per almeno due reagenti forniti in due fasi liquide 12 e 13. Il reattore comprende un ingresso 21 adatto a ricevere le due fasi liquide 12 e 13; un’uscita 22 adatta a emettere i prodotti 14 della reazione; e un canale 23 adatto ad accogliere un flusso continuo di reagenti e/o dei prodotti. Il canale 23 comprende, almeno in un tratto, un’intercapedine 28 racchiusa fra due piastre 24 disposte ad una distanza di almeno 0.5 mm. Il canale 23 comprende mezzi 25 per promuovere la turbolenza nel flusso continuo dei reagenti e/o dei prodotti. Il reattore 20 inoltre comprende mezzi 26 per generare uno scambio termico tra le pareti e il flusso continuo dei reagenti e/o dei prodotti. The present invention refers to a reactor 20 for at least two reactants supplied in two liquid phases 12 and 13. The reactor comprises an inlet 21 suitable for receiving the two liquid phases 12 and 13; an outlet 22 suitable for emitting the products 14 of the reaction; and a channel 23 suitable for receiving a continuous flow of reagents and / or products. The channel 23 includes, at least in one section, a gap 28 enclosed between two plates 24 arranged at a distance of at least 0.5 mm. The channel 23 comprises means 25 for promoting turbulence in the continuous flow of reactants and / or products. The reactor 20 further comprises means 26 for generating a heat exchange between the walls and the continuous flow of reactants and / or products.

Questi reattori secondo l’invenzione vengono di seguito denominati reattori a piastre. These reactors according to the invention are hereinafter referred to as plate reactors.

In accordo con alcune forme di realizzazione, le piastre 24 del reattore 20 secondo l’invenzione sono disposte ad una distanza non superiore a 10mm, preferibilmente ad una distanza compresa tra 1mm e 3mm, ancor più preferibilmente ad una distanza compresa tra 1.5mm e 2mm. In accordance with some embodiments, the plates 24 of the reactor 20 according to the invention are arranged at a distance not exceeding 10mm, preferably at a distance between 1mm and 3mm, even more preferably at a distance between 1.5mm and 2mm .

In accordo con alcune forme di realizzazione (ad esempio quella delle figure da 2 a 5) il reattore a piastre 20 comprende un’unica intercapedine 28 racchiusa fra due piastre 24. In accordo con altre forme di realizzazione (ad esempio quelle delle figure da 6 a 9) il reattore a piastre 20 comprende una pluralità di intercapedini 28, ciascuna racchiusa fra due piastre 24. Tali soluzioni sono descritte dettagliatamente in seguito. In accordance with some embodiments (for example that of figures 2 to 5) the plate reactor 20 comprises a single interspace 28 enclosed between two plates 24. In accordance with other embodiments (for example those of figures 6 a 9) the plate reactor 20 comprises a plurality of cavities 28, each enclosed between two plates 24. These solutions are described in detail below.

In accordo con alcune forme di realizzazione dell’invenzione, i mezzi 25 per promuovere la turbolenza nel flusso continuo dei reagenti e/o del prodotto comprendono corrugamenti o zigrinature della superficie delle piastre 24. Si vedano ad esempio le figure 8 e 9. In tali forme di realizzazione la distanza tra le piastre 24 può essere definita dall’appoggio delle creste dei corrugamenti di una piastra sulle valli dei corrugamenti della piastra adiacente. In accordance with some embodiments of the invention, the means 25 for promoting turbulence in the continuous flow of the reactants and / or the product comprise corrugations or knurls of the surface of the plates 24. See for example Figures 8 and 9. In such embodiments the distance between the plates 24 can be defined by the resting of the ridges of the corrugations of one plate on the valleys of the corrugations of the adjacent plate.

In accordo con alcune forme di realizzazione dell’invenzione, i mezzi 25 per promuovere la turbolenza nel flusso continuo dei reagenti e/o del prodotto comprendono materiale di riempimento compreso tra le piastre 24. Tale materiale di riempimento può assumere la forma di granuli, sferette, scaglie, filamenti, membrane o simili. In accordo con alcune di queste forme di realizzazione, il materiale di riempimento compreso tra le piastre 24 è inerte. Esso dunque non partecipa alla reazione chimica tra i reagenti ma ha la sola funzione di promuovere la turbolenza nel flusso. In altre forme di realizzazione, il materiale di riempimento compreso tra le piastre 24 è invece adatto a svolgere attività catalitica. In accordance with some embodiments of the invention, the means 25 for promoting turbulence in the continuous flow of the reactants and / or the product comprise filling material comprised between the plates 24. This filling material can take the form of granules, spheres. , flakes, filaments, membranes or the like. In accordance with some of these embodiments, the filling material comprised between the plates 24 is inert. It therefore does not participate in the chemical reaction between the reactants but has the sole function of promoting turbulence in the flow. In other embodiments, the filling material comprised between the plates 24 is instead suitable for carrying out catalytic activity.

In accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione, i mezzi 26 per generare uno scambio termico tra le piastre 24 e il flusso continuo dei reagenti e/o del prodotto comprendono mezzi 4 per riscaldare le piastre ad una temperatura compresa tra 10°C e 300°C, preferibilmente tra 50°C e 200°C. In accordance with an embodiment of the invention, the means 26 for generating a heat exchange between the plates 24 and the continuous flow of the reactants and / or the product comprise means 4 for heating the plates to a temperature between 10 ° C and 300 ° C, preferably between 50 ° C and 200 ° C.

In accordo con la forma di realizzazione delle figure da 2 a 5, i mezzi per generare lo scambio termico sono delle placche 26 addossate alle piastre 24 del reattore. Le placche 26 possono ad esempio comprendere resistenze elettriche (adatte a riscaldare) e/o un circuito a fluido (adatto a riscaldare o raffreddare). Il controllo della temperatura delle placche 26 può essere effettuato tramite un circuito, in sé noto, non rappresentato nelle figure per semplicità. In questo modo è possibile mantenere le piastre 24 del reattore 20 ad una temperatura predeterminata. In accordance with the embodiment of Figures 2 to 5, the means for generating the heat exchange are plates 26 placed against the plates 24 of the reactor. The plates 26 may for example comprise electric resistors (suitable for heating) and / or a fluid circuit (suitable for heating or cooling). The temperature control of the plates 26 can be carried out by means of a circuit, known per se, not shown in the figures for the sake of simplicity. In this way it is possible to keep the plates 24 of the reactor 20 at a predetermined temperature.

In accordo con le forme di realizzazione ad intercapedini multiple, il reattore a piastre 20 può assumere una forma simile a quella di uno scambiatore di calore a piastre (si vedano le figure da 6 a 9). I reattori a piastre 20 secondo l’invenzione comprendono una pluralità di piastre disposte come negli schemi delle figure 7 (in cui il reattore è chiuso) e 9 (in cui il reattore è aperto per mostrare i flussi che si generano al suo interno). Il reattore a piastre può essere sigillato oppure apribile per consentirne l’ispezione, la pulizia, e/o la manutenzione. Nel caso dei reattori sigillati, la tenuta idraulica e meccanica tra le piastre è garantita da una saldobrasatura. Nel caso dei reattori apribili invece, la tenuta idraulica è garantita da guarnizioni elastomeriche 27 (si vedano le figure 8 e 9) mentre la tenuta meccanica è garantita da mezzi di serraggio esterni (non raffigurati per semplicità). Le particolari guarnizioni elastomeriche 27 consentono la formazione di due canali percorsi dai due fluidi in gioco, che possono essere alimentati in equicorrente o in controcorrente. Ciascuno dei due canali comprende una serie di intercapedini 28 comprese tra le piastre 24 nel modo descritto sopra. Tali intercapedini possono essere disposte in parallelo e/o in serie. In accordance with the multiple cavity embodiments, the plate reactor 20 can take a shape similar to that of a plate heat exchanger (see Figures 6 to 9). The plate reactors 20 according to the invention comprise a plurality of plates arranged as in the diagrams of figures 7 (in which the reactor is closed) and 9 (in which the reactor is open to show the flows that are generated inside it). The plate reactor can be sealed or can be opened to allow inspection, cleaning, and / or maintenance. In the case of sealed reactors, the hydraulic and mechanical seal between the plates is guaranteed by brazing. In the case of openable reactors, on the other hand, the hydraulic seal is ensured by elastomeric seals 27 (see Figures 8 and 9) while the mechanical seal is ensured by external clamping means (not shown for simplicity). The particular elastomeric seals 27 allow the formation of two channels crossed by the two fluids involved, which can be fed in co-current or in counter-current. Each of the two channels comprises a series of air spaces 28 comprised between the plates 24 in the manner described above. These gaps can be arranged in parallel and / or in series.

Nel caso dei reattori a piastre, i mezzi 26 per generare lo scambio termico tra le piastre 24 e i reagenti e/o il prodotto comprendono un circuito in cui circola un fluido di servizio a temperatura controllata. Il fluido di servizio utilizzato in questo tipo di impianti può essere, in modo in sé noto, olio diatermico, acqua, glicole etilenico o simili. Nella forma di realizzazione di figura 1, i mezzi 26 per generare lo scambio termico comprendono inoltre una caldaia 4 adatta a riscaldare e mettere in circolo il fluido di servizio ad una temperatura predeterminata. In altre forme di realizzazione, i mezzi 26 per generare lo scambio termico comprendono un gruppo frigorifero adatto a raffreddare e mettere in circolo il fluido di servizio ad una temperatura predeterminata. In the case of plate reactors, the means 26 for generating the heat exchange between the plates 24 and the reactants and / or the product comprise a circuit in which a temperature-controlled service fluid circulates. The service fluid used in this type of systems can be, in a per se known manner, diathermic oil, water, ethylene glycol or the like. In the embodiment of Figure 1, the means 26 for generating the heat exchange further comprise a boiler 4 suitable for heating and circulating the service fluid at a predetermined temperature. In other embodiments, the means 26 for generating the heat exchange comprise a refrigeration unit suitable for cooling and circulating the service fluid at a predetermined temperature.

I vantaggi dell’utilizzo di uno scambiatore a piastre rispetto alla tradizionale tipologia di scambiatori a fascio tubiero si possono riassumere<in alcuni punti fondamentali:>The advantages of using a plate heat exchanger compared to the traditional type of shell and tube heat exchangers can be summarized <in some fundamental points:>

• Tutto il volume occupato dai fluidi nello scambiatore a piastre<partecipa allo scambio termico senza by-pass e zone morte.>• All the volume occupied by the fluids in the plate exchanger <participates in the heat exchange without by-pass and dead zones.>

• I passaggi all’interno sono lineari e quindi le perdite di carico vengono utilizzate solo per aumentare la turbolenza e migliorare lo scambio<termico.>• The passages inside are linear and therefore the pressure drops are used only to increase turbulence and improve the <heat exchange.>

• Il coefficiente di scambio è da due a tre volte maggiore di quello di uno scambiatore a fascio tubiero; quindi, a parità di potenzialità, le dimensioni dello scambiatore a piastre sono molto inferiori, permettendone la collocazione in spazi ristretti. • The exchange coefficient is two to three times higher than that of a shell and tube exchanger; therefore, with the same potential, the dimensions of the plate heat exchanger are much smaller, allowing it to be placed in confined spaces.

Gli scambiatori a piastre trovano impiego soprattutto in quei casi in cui bassi coefficienti di scambio dovuti a caratteristiche del liquido, o a basse velocità, richiedono speciali accorgimenti per l’incremento del coefficiente stesso. Per gli scambiatori apribili i limiti d’impiego, imposti dalle guarnizioni in elastomero, sono normalmente temperature non superiori a 200°C e pressioni non superiori a 1.0Mpa. Nel caso di scambiatori saldobrasati la temperatura può arrivare oltre i 300°C mentre la pressione può arrivare a 2.5MPa poiché il solo limite, solitamente meno stringente, è quello imposto dai mezzi di serraggio esterni. Plate exchangers are used above all in those cases where low exchange coefficients due to the characteristics of the liquid, or at low speeds, require special measures to increase the coefficient itself. For openable exchangers, the limits of use, imposed by the elastomer seals, are normally temperatures not exceeding 200 ° C and pressures not exceeding 1.0Mpa. In the case of brazed heat exchangers, the temperature can reach over 300 ° C while the pressure can reach 2.5MPa since the only limit, usually less stringent, is that imposed by the external clamping means.

Le piastre 24, e i relativi mezzi di serraggio esterni, sono disponibili con diverse misure di superficie unitaria e con corrugazioni a lisca di pesce di diversa angolazione. Il numero di piastre 24 per ciascuno scambiatore varia in funzione delle portate e delle temperature dei due fluidi. La distanza tra le piastre è ottenuta tramite bugnature ricavate da stampo, che la mantengono costante anche in presenza di forti pressioni differenziali. Lo schema di corrugazione delle piastre induce un tipo di flusso altamente turbolento per portate relativamente basse. L’elevata turbolenza negli scambiatori a piastre perciò aumenta notevolmente la velocità di trasferimento di materia e calore a basse portate. The plates 24, and the relative external clamping means, are available with different unit surface sizes and with herringbone corrugations of different angles. The number of plates 24 for each exchanger varies according to the flow rates and temperatures of the two fluids. The distance between the plates is obtained by embossing obtained from the mold, which keep it constant even in the presence of strong differential pressures. The corrugation pattern of the plates induces a highly turbulent type of flow for relatively low flow rates. The high turbulence in plate heat exchangers therefore greatly increases the transfer rate of matter and heat at low flow rates.

La forma della corrugazione induce prima una separazione e poi un ricongiungimento del flusso, determinando ogni volta la rigenerazione dello strato limite, che influenza il coefficiente di trasferimento di calore. The shape of the corrugation first induces a separation and then a rejoining of the flow, each time determining the regeneration of the boundary layer, which influences the heat transfer coefficient.

Il flusso all’interno delle intercapedini 28 tra le piastre 24 è soggetto ad una serie di cambiamenti periodici di direzioni incontrando picchi ed avvallamenti. Lo schema del flusso è complesso, dovuto anche alla presenza di moti di swirling secondari, noti anche come Goetler, lungo la sezione e si ritiene che il tipo di flusso locale controlli il trasferimento. Si è trovato che le particolari caratteristiche geometriche di uno scambiatore a piastre, unite a portate d’ingresso dei reagenti adeguate, si rivelano particolarmente efficaci nella reazione di transesterificazione di oli e/o grassi per la produzione di biodiesel. Nello specifico, in un primo canale 23 dello scambiatore a piastre è fatta circolare una miscela delle due fasi liquide 12 e 13 contenenti i due reagenti. Nel secondo canale può essere fatto circolare vantaggiosamente un fluido di servizio, come descritto sopra, per controllare la temperatura della reazione. The flow within the cavities 28 between the plates 24 is subject to a series of periodic changes of directions encountering peaks and troughs. The flow pattern is complex, also due to the presence of secondary swirling motions, also known as Goetler, along the section and it is believed that the type of local flow controls the transfer. It has been found that the particular geometric characteristics of a plate exchanger, combined with the inlet flow rates of adequate reagents, are found to be particularly effective in the transesterification reaction of oils and / or fats for the production of biodiesel. Specifically, a mixture of the two liquid phases 12 and 13 containing the two reactants is circulated in a first channel 23 of the plate exchanger. A service fluid, as described above, can be advantageously circulated in the second channel to control the temperature of the reaction.

Sorprendentemente è stato trovato che, aumentando le portate in ingresso delle due fasi liquide 12 e 13, si ottengono delle conversioni di gran lunga superiori a quelle previste tenendo conto delle cinetiche di reazione riportate in letteratura. Per tali cinetiche si veda ad esempio quanto pubblicato da H. Noureddini e D. Zhu, (JAOCS 74 (1997) 1457) o da G. Vicente, M. Martinez, J. Aracil e A. Esteban (Industrial & Engineering Chemistry Research 44, (2005) 5447-5454). Surprisingly, it has been found that by increasing the inlet flow rates of the two liquid phases 12 and 13, conversions far superior to those expected are obtained, taking into account the reaction kinetics reported in the literature. For such kinetics, see for example what published by H. Noureddini and D. Zhu, (JAOCS 74 (1997) 1457) or by G. Vicente, M. Martinez, J. Aracil and A. Esteban (Industrial & Engineering Chemistry Research 44 , (2005) 5447-5454).

Inoltre, si osserva che, aumentando la portata di alimentazione delle due fasi liquide 12 e 13, aumentano inaspettatamente sia la conversione sia la resa. Furthermore, it is observed that, by increasing the feed rate of the two liquid phases 12 and 13, both the conversion and the yield unexpectedly increase.

La presente invenzione riguarda inoltre un impianto 1 comprendente un reattore a piastre 20 secondo quanto descritto sopra. L’impianto 1 secondo l’invenzione comprende inoltre mezzi 2 e 3 per l’alimentazione continua delle due fasi liquide 12 e 13 al reattore 20 e mezzi 6 per il deflusso continuo dei prodotti 14 dal reattore 20. I mezzi 6 per il deflusso dei prodotti 14 possono vantaggiosamente confluire in un serbatoio di raccolta 7 del tipo chiuso. The present invention also relates to a plant 1 comprising a plate reactor 20 as described above. The plant 1 according to the invention also comprises means 2 and 3 for the continuous feeding of the two liquid phases 12 and 13 to the reactor 20 and means 6 for the continuous outflow of the products 14 from the reactor 20. The means 6 for the outflow of the products 14 can advantageously flow into a collection tank 7 of the closed type.

In accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione, l’impianto 1 comprende inoltre mezzi 11 per mantenere la pressione interna all’impianto tra 0.01 e 2.5 MPa, preferibilmente tra 0.1 e 1 Mpa. In accordo con alcune forme di realizzazione dell’invenzione, ad esempio quella schematizzata in figura 1, i mezzi per regolare la pressione interna all’impianto comprendono una sorgente 11 di azoto (N2) in pressione. Tale sorgente 11 di azoto è adatta a riempire la parte del serbatoio di raccolta 7 del tipo chiuso che non è occupata dal prodotto 14. È possibile così, all’interno del serbatoio di raccolta 7 e dell’impianto 1, mantenere una pressione differente dalla pressione atmosferica. In accordance with an embodiment of the invention, the plant 1 also comprises means 11 to maintain the pressure inside the plant between 0.01 and 2.5 MPa, preferably between 0.1 and 1 Mpa. In accordance with some embodiments of the invention, for example the one schematized in Figure 1, the means for regulating the pressure inside the system comprise a source 11 of nitrogen (N2) under pressure. This nitrogen source 11 is suitable for filling the part of the collection tank 7 of the closed type which is not occupied by the product 14. It is thus possible, inside the collection tank 7 and of the system 1, to maintain a pressure different from that atmospheric pressure.

In accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione, l’impianto 1 comprende inoltre mezzi 50 per pre-miscelare grossolanamente le due fasi liquide 12 e 13 a monte del reattore 20. In accordo con alcune forme di realizzazione, i mezzi 50 per pre-miscelare grossolanamente le due fasi liquide 12 e 13 comprendono un miscelatore statico di tipo in sé noto. Vantaggiosamente, i mezzi 50 per pre-miscelare grossolanamente le due fasi liquide 12 e 13 possono anche comprendere mezzi per preriscaldare la miscela a monte del reattore 20. In accordance with an embodiment of the invention, the plant 1 further comprises means 50 for coarsely pre-mixing the two liquid phases 12 and 13 upstream of the reactor 20. In accordance with some embodiments, the means 50 for pre-mixing - coarsely mixing the two liquid phases 12 and 13 comprise a static mixer of a per se known type. Advantageously, the means 50 for coarsely pre-mixing the two liquid phases 12 and 13 can also comprise means for preheating the mixture upstream of the reactor 20.

L’impianto 1 può vantaggiosamente comprendere una derivazione adatta a prelevare dei campioni 15 dei prodotti 14 per controllarne le caratteristiche. In tal caso, una valvola a tre vie 9 permette di deviare una parte del flusso dei prodotti 14 e di prelevare così i campioni 15 a tempi determinati. La derivazione dalla linea principale 6 dell’impianto comprende un condensatore efficace 10. The plant 1 can advantageously comprise a derivation suitable for taking samples 15 of the products 14 to check their characteristics. In this case, a three-way valve 9 allows a part of the flow of the products 14 to be diverted and the samples 15 to be taken at specific times. The derivation from the main line 6 of the system includes an effective condenser 10.

L’invenzione riguarda inoltre un metodo per ottenere prodotti 14 da una reazione chimica tra almeno due reagenti forniti in due fasi liquide 12 e 13. Il metodo comprende i passi di: The invention also relates to a method for obtaining products 14 from a chemical reaction between at least two reagents provided in two liquid phases 12 and 13. The method includes the steps of:

- Alimentare le due fasi liquide 12 e 13 ad un reattore 20 avente una camera di reazione conformata a canale 23 adatto ad accogliere un flusso continuo delle due fasi liquide 12, 13 e/o dei prodotti 14, in cui il canale 23 comprende, almeno in un tratto, un’intercapedine 28 racchiusa fra due piastre 24 disposte ad una distanza di almeno 0.5 mm, e in cui il canale 23 comprende mezzi 25 per promuovere la turbolenza nel flusso continuo delle due fasi liquide 12, 13 e/o dei prodotti 14; - Feeding the two liquid phases 12 and 13 to a reactor 20 having a reaction chamber shaped like a channel 23 suitable for receiving a continuous flow of the two liquid phases 12, 13 and / or of the products 14, in which the channel 23 comprises, at least in one section, a gap 28 enclosed between two plates 24 arranged at a distance of at least 0.5 mm, and in which the channel 23 comprises means 25 for promoting turbulence in the continuous flow of the two liquid phases 12, 13 and / or of the products 14;

- generare uno scambio termico tra le piastre 24 e il flusso continuo delle due fasi liquide 12, 13 e/o dei prodotti 14; e - generating a heat exchange between the plates 24 and the continuous flow of the two liquid phases 12, 13 and / or of the products 14; And

- Raccogliere i prodotti 14 all’uscita 22 del reattore 20. - Collect the products 14 at the exit 22 of the reactor 20.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, una fase liquida 12 comprende un olio e/o un grasso di origine vegetale o animale; l’altra fase liquida 13 comprende un alcol leggero; le due fasi liquide sono dunque immiscibili tra loro; la reazione è una transesterificazione; e i prodotti 14 della reazione comprendono biodiesel e glicerina. According to an embodiment of the method, a liquid phase 12 comprises an oil and / or a fat of vegetable or animal origin; the other liquid phase 13 comprises a light alcohol; the two liquid phases are therefore immiscible with each other; the reaction is a transesterification; and the products 14 of the reaction include biodiesel and glycerin.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, l’olio di origine vegetale è selezionato nel gruppo comprendente: olio di colza, olio di palma e olio di girasole, olio di ricino, olio di soia, olio di cotone, olio di arachidi, olio di alghe, olio di jatropa (jatropha curcas). L’alcol leggero è alcol etilico o preferibilmente alcol metilico. According to an embodiment of the method, the oil of vegetable origin is selected in the group comprising: rapeseed oil, palm oil and sunflower oil, castor oil, soybean oil, cottonseed oil, peanut oil, algae oil, jatropa oil (jatropha curcas). Light alcohol is ethyl alcohol or preferably methyl alcohol.

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo comprendente inoltre la fase di miscelare ai due reagenti anche un catalizzatore omogeneo basico selezionato nel gruppo comprendente: idrossido di sodio (NaOH), idrossido di potassio (KOH) e corrispondenti alcossidi con preferenza per il metossido di sodio (CH3ONa) o etossido di sodio (C2H5ONa). According to an embodiment, the method further comprising the step of mixing to the two reactants also a basic homogeneous catalyst selected from the group comprising: sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH) and corresponding alkoxides with preference for methoxide sodium (CH3ONa) or sodium ethoxide (C2H5ONa).

I vantaggi di questa invenzione risiedono nella possibilità di ottenere elevate produttività di biodiesel. The advantages of this invention reside in the possibility of obtaining high biodiesel productivity.

Negli esempi riportati di seguito, a solo scopo illustrativo e non limitativo della presente invenzione, sono descritte in dettaglio prove di produzione di biodiesel, variando le condizioni operative. In the following examples, for illustrative and not limitative purposes of the present invention only, biodiesel production tests are described in detail, varying the operating conditions.

Esempio 1 Example 1

Effetto del tempo di residenza Effect of residence time

In questo esempio e nei successivi è stato utilizzato un reattore 20 a piastre saldobrasate con un volume di processo di 202 ml ed un volume per il fluido di servizio di 250 ml, costituito da venti piastre 24 disposte ad una distanza media compresa tra 1.5mm e 2mm l’una dall’altra, come è descritto nelle figure da 6 a 9. In this example and in the following examples, a brazed plate reactor 20 was used with a process volume of 202 ml and a volume for the service fluid of 250 ml, consisting of twenty plates 24 arranged at an average distance between 1.5mm and 2mm from each other, as described in figures 6 to 9.

In questo esempio sono riportati i risultati conseguiti, in termini di conversione in metilesteri, per la reazione di transesterificazione nel reattore 20 descritto in precedenza. This example shows the results achieved, in terms of conversion to methyl esters, for the transesterification reaction in the reactor 20 described above.

La reazione di transesterificazione è stata condotta alla temperatura di 60°C, utilizzando un rapporto molare olio-metanolo pari a 1:6, e come catalizzatore idrossido di potassio (KOH), con una concentrazione in peso rispetto all’olio pari all’1 % in peso. The transesterification reaction was carried out at a temperature of 60 ° C, using an oil-methanol molar ratio equal to 1: 6, and as catalyst potassium hydroxide (KOH), with a concentration by weight with respect to the oil equal to 1 % by weight.

Le condizioni di reazione sono riportate in tabella 1. The reaction conditions are reported in table 1.

Tabella 1: Condizioni di reazioni impiegate per le reazione di transesterificazione dell’esempio 1. Table 1: Reaction conditions used for the transesterification reaction of Example 1.

Temperatura Pressione Catalizzatore Catalizzatore/olio Metanolo/olio (°C) (MPa) (g/g) (mol/mol) 60 0.1 KOH 0.01 6 Temperature Pressure Catalyst Catalyst / oil Methanol / oil (° C) (MPa) (g / g) (mol / mol) 60 0.1 KOH 0.01 6

Per la reazione è stato utilizzato l’impianto 1 schematizzato in Figura 1. La fase olio 12 e la fase metanolo 13 sono flussate mediante due pompe a pistone 2 e 3, prima in un premiscelatore 50, mantenuto alla temperatura di reazione, e poi al reattore 20. Una valvola a tre vie 9 permette di prelevare dei campioni 15 a tempi determinati. Tali campioni 15 sono preventivamente raffreddati con un condensatore 10, riempito di anelli Raschig. La valvola a tre vie 9 permette inoltre di inviare i prodotti 14 in un serbatoio di raccolta 7 mantenuto alla pressione di esercizio mediante un flusso di azoto. For the reaction, plant 1 schematised in Figure 1 was used. The oil phase 12 and the methanol phase 13 are flushed by means of two piston pumps 2 and 3, first in a premixer 50, maintained at the reaction temperature, and then at the reactor 20. A three-way valve 9 allows samples 15 to be taken at specified times. These samples 15 are previously cooled with a condenser 10, filled with Raschig rings. The three-way valve 9 also allows the products 14 to be sent to a collection tank 7 maintained at the operating pressure by means of a flow of nitrogen.

Il serbatoio di raccolta 7 è utilizzato vantaggiosamente per le reazioni condotte sotto pressione. Per le reazioni a pressione atmosferica si può operare senza di esso. The collection tank 7 is advantageously used for the reactions carried out under pressure. For reactions at atmospheric pressure it is possible to operate without it.

La fase olio 12 e la fase metanolo 13, nella quale è stato in precedenza disciolto il catalizzatore, sono flussate al reattore 20 e riscaldate alla temperatura di reazione di 60°C. Raggiunte le condizioni stazionarie si fa avvenire la reazione, secondo il tempo stabilito. The oil phase 12 and the methanol phase 13, in which the catalyst was previously dissolved, are flowed to the reactor 20 and heated to the reaction temperature of 60 ° C. Once the stationary conditions are reached, the reaction takes place, according to the established time.

Nel caso che si operi sotto pressione si considera quale tempo zero quello corrispondente al raggiungimento della temperatura e della pressione voluta. If operating under pressure, the zero time is considered to be the time corresponding to the attainment of the desired temperature and pressure.

I campioni 15 prelevati durante e al termine della reazione contengono la fase esterea, la fase glicerica, il catalizzatore, l’olio ed il metanolo non reagiti. Samples 15 taken during and at the end of the reaction contain the ester phase, the glycerine phase, the catalyst, the oil and the unreacted methanol.

Al fine di rimuovere la glicerina ed il catalizzatore dalla fase esterea, ciascun campione è stato sottoposto ad un trattamento preliminare. In order to remove the glycerin and the catalyst from the ester phase, each sample was subjected to a preliminary treatment.

Per eliminare la glicerina ed il catalizzatore, è stato effettuato un lavaggio dei prodotti 14 di reazione con piccole quantità di una soluzione di cloruro di sodio al 20%. Si sono formate due fasi non nettamente distinte: una inferiore, trasparente, contenente glicerina e una superiore, giallina, contenente la miscela di esteri metilici. Dopo aver centrifugato la miscela bifasica, è stata prelevata la fase superiore, nella quale sono contenuti gli esteri metilici ed è stata anidrificata con una piccola quantità di solfato di magnesio anidro; la fase esterea è stata quindi analizzata mediante risonanza magnetica nucleare (H-NMR). To remove the glycerin and the catalyst, the reaction products 14 were washed with small quantities of a 20% sodium chloride solution. Two phases were formed which were not clearly distinct: a lower, transparent one, containing glycerin and an upper, yellowish one, containing the mixture of methyl esters. After having centrifuged the biphasic mixture, the upper phase, in which the methyl esters are contained, was removed and anhydrified with a small quantity of anhydrous magnesium sulphate; the ester phase was then analyzed by nuclear magnetic resonance (H-NMR).

Le reazioni di transesterificazione di olio di soia con metanolo, descritte in questo esempio, sono state condotte con tempi di residenza differenti, nella fattispecie pari rispettivamente a 300, 120, 60 e 30 secondi. Tali tempi di contatto sono realizzati lavorando con portate totali in ingresso pari a 40, 100, 200, 400 ml/min. In tabella sono riportate le portate di olio e metanolo utilizzate per ciascuna prova. The transesterification reactions of soybean oil with methanol, described in this example, were carried out with different residence times, in this case equal to respectively 300, 120, 60 and 30 seconds. These contact times are achieved by working with total inlet flow rates of 40, 100, 200, 400 ml / min. The table shows the oil and methanol flow rates used for each test.

Tabella 2: Portate e tempo di residenza per ciascuna prova di transesterificazione dell’esempio 1. Table 2: Flow rates and residence time for each transesterification test of Example 1.

Portata Tempo di Portata totale Portata olio Flow Rate Total Flow Time Oil Flow

Prova Metanolo residenza (s) (ml/min) (ml/min) Test Methanol residence (s) (ml / min) (ml / min)

(ml/min) (ml / min)

1 300 40 31.8 8.2 1 300 40 31.8 8.2

2 120 100 79.5 20.5 2 120 100 79.5 20.5

3 60 200 159 41 3 60 200 159 41

4 30 400 318 82 4 30 400 318 82

I risultati ottenuti in termini di conversioni in metilesteri sono riassunti in tabella 3. The results obtained in terms of conversions to methyl esters are summarized in Table 3.

Tabella 3: Conversioni in metilesteri ottenuti per le reazioni di transesterificazione, condotte con tempi di residenza differenti. Table 3: Conversions into methyl esters obtained for the transesterification reactions, carried out with different residence times.

Tempo di residenza Conversione in metilesteri Prova Residence time Conversion into methyl esters Test

(s) (%) (s) (%)

1 300 54.5 1 300 54.5

2 120 61.5 2 120 61.5

3 60 78 3 60 78

4 30 83 4 30 83

Dai valori riportati si evince che aumentando la portata delle due fasi liquide 12 e 13, e quindi diminuendo i tempi di contatto, le conversioni in metilesteri aumentano. Ciò è dovuto probabilmente all’accentuarsi del fenomeno di turbolenza nel canale 23 del reattore 20 con l’aumentare delle portate. Il rimescolamento tra le fasi 12 e 13 annulla gradualmente le limitazioni al trasferimento di materia consentendo di avvicinarsi al regime chimico. Il regime chimico sarebbe cioè caratterizzato da velocità di reazione altissime mai poste in evidenza precedentemente in altri tipi di reattore. From the reported values it can be deduced that by increasing the flow rate of the two liquid phases 12 and 13, and therefore by decreasing the contact times, the conversions to methyl esters increase. This is probably due to the accentuation of the phenomenon of turbulence in channel 23 of reactor 20 with the increase in flow rates. The remixing between phases 12 and 13 gradually cancels the limitations to the transfer of matter allowing to approach the chemical regime. In other words, the chemical regime would be characterized by very high reaction rates never previously shown in other types of reactor.

Esempio 2 Example 2

Effetto della temperatura Effect of temperature

In questo esempio è studiato l’effetto della temperatura per la reazione di transesterificazione dell’olio di soia con metanolo condotta nel reattore 20 descritto in precedenza. In this example, the effect of the temperature for the transesterification reaction of soybean oil with methanol conducted in the reactor 20 described above is studied.

La reazione è stata fatta avvenire nelle stesse condizioni descritte nell’esempio 1, impiegando come catalizzatore idrossido di potassio (KOH) in concentrazione pari all’1% in peso rispetto all’olio, e metanolo/olio in rapporto molare 6:1. The reaction was carried out under the same conditions described in example 1, using potassium hydroxide (KOH) as a catalyst in a concentration equal to 1% by weight with respect to the oil, and methanol / oil in a molar ratio of 6: 1.

Per le prove di transesterificazione a cui fa riferimento questo esempio, la portata in ingresso delle fasi liquide 12 e 13 è stata mantenuta costante ad For the transesterification tests to which this example refers, the inlet flow rate of the liquid phases 12 and 13 was kept constant for

un valore pari a 400 ml/min, in modo da realizzare un tempo di residenza pari a 30 secondi. a value equal to 400 ml / min, in order to achieve a residence time of 30 seconds.

La temperatura invece è stata fatta variare e si sono utilizzati i valori di 60°C, 90°C e 103°C. The temperature, on the other hand, was made to vary and the values of 60 ° C, 90 ° C and 103 ° C were used.

È stato impiegato l’impianto schematizzato in figura 1 e per le prove condotte a 90°C e 103°C si è operato ad una pressione superiore a quella atmosferica, per mantenere il metanolo in fase liquida. The plant schematized in Figure 1 was used and for the tests conducted at 90 ° C and 103 ° C, the pressure was higher than atmospheric, to keep the methanol in the liquid phase.

Nelle tabelle 4 e 5 sono riassunte le condizioni operative adottate per le prove descritte in questo esempio. Tables 4 and 5 summarize the operating conditions adopted for the tests described in this example.

Tabella 4: Condizioni di reazioni impiegate per le reazione di transesterificazione dell’esempio 2. Table 4: Reaction conditions used for the transesterification reaction of Example 2.

Tempo di Portata Flow Time

Catalizzatore Catalizzatore/olio Metanolo/olio residenza Totale Catalyst Catalyst / oil Methanol / oil Total residence

(Pellets) (g/g) (mol/mol) (s) (ml/min) (Pellets) (g / g) (mol / mol) (s) (ml / min)

30 400 KOH 0.01 6 Tabella 5: Temperature e pressioni adottate per le prove di transesterificazione dell’esempio 2. 30 400 KOH 0.01 6 Table 5: Temperatures and pressures adopted for the transesterification tests of example 2.

Temperatura Pressione Temperature Pressure

Prova Trial

(°C) (MPa) (° C) (MPa)

5 60 0.1 5 60 0.1

6 90 0.3 6 90 0.3

7 103 0.4 7 103 0.4

Raggiunte le condizioni di stazionarietà di temperatura e pressione, sono stati prelevati dei campioni 15, i quali sono stati tempestivamente raffreddati, trattati per rimuovere il catalizzatore e la glicerina, e analizzati all’H-NMR. I valori di conversione in metilesteri ottenuti sono riportati in tabella 6. Once the conditions of stationarity of temperature and pressure were reached, 15 samples were taken, which were promptly cooled, treated to remove the catalyst and glycerin, and analyzed with H-NMR. The conversion values obtained in methyl esters are shown in table 6.

Tabella 6: Conversioni in metilesteri ottenuti per le reazioni di transesterificazione, condotte con temperature differenti. Table 6: Conversions into methyl esters obtained for the transesterification reactions, carried out at different temperatures.

Temperatura Conversione in metilesteri Temperature Conversion into methyl esters

Prova Trial

(°C) (%) (° C) (%)

5 60 83 5 60 83

6 90 85 6 90 85

7 103 88 7 103 88

Dai risultati riportati si può concludere che aumentando la temperatura e la pressione migliorano le rese in metilesteri. From the reported results it can be concluded that increasing the temperature and pressure improves the yields of methyl esters.

Esempio 3 Example 3

Effetto del catalizzatore Effect of the catalyst

In questo esempio è riportata la reazione di transesterificazione condotta nel reattore impiegando come catalizzatore metilato di sodio (CH3ONa), anziché idrossido di potassio (KOH). This example shows the transesterification reaction carried out in the reactor using sodium methylate (CH3ONa) as catalyst, instead of potassium hydroxide (KOH).

Si è proceduto in modo analogo agli esempi 1 e 2, e le condizioni operative sono riassunte in tabella 7. We proceeded in a similar way to examples 1 and 2, and the operating conditions are summarized in table 7.

Tabella 7: Condizioni impiegate per le reazioni di transesterificazione dell’esempio 3. Table 7: Conditions used for the transesterification reactions of Example 3.

Tempo di Catalizzatore/ Portata Metanolo/ Catalyst Time / Methanol Flow Rate /

Temp. residenza olio Totale olio Oil residence temp. Total oil

(°C) (s) (g/g) (ml/min) (mol/mol) (° C) (s) (g / g) (ml / min) (mol / mol)

30 0.01 400 6 90 I risultati ottenuti sono riportati in tabella 8. 30 0.01 400 6 90 The results obtained are shown in table 8.

Tabella 8: Conversioni in metilesteri ottenuti per le reazioni di transesterificazione, con catalizzatori differenti. Table 8: Conversions into methyl esters obtained for the transesterification reactions, with different catalysts.

Conversione in metilesteri Prova Catalizzatore Conversion into methyl esters Test Catalyst

(%) (%)

8 CH3ONa 96 8 CH3ONa 96

6 KOH 88 6 KOH 88

Dai dati riportati si deduce che, utilizzando metilato di sodio (CH3ONa) anziché idrossido di potassio (KOH), si ottengono rese in metilesteri più alte, prodotti più puri e più facili da separare, poiché non si formano saponi per idrolisi. From the data reported it can be deduced that, by using sodium methylate (CH3ONa) instead of potassium hydroxide (KOH), higher yields in methyl esters, purer products and easier to separate are obtained, since soaps are not formed by hydrolysis.

Il campione della prova 8 (ottenuto con CH3ONa e avente una conversione al 96%) è stato analizzato per via gas-cromatografica e si sono ottenuti i seguenti risultati (percentuali in peso): The sample of test 8 (obtained with CH3ONa and having a conversion at 96%) was analyzed by gas-chromatography and the following results were obtained (percentages by weight):

Metilesteri 98.34%; 98.34% methyl esters;

Monogliceridi 1.11%; Monoglycerides 1.11%;

Digliceridi 0.2%; Diglycerides 0.2%;

Trigliceridi 0.3% Triglycerides 0.3%

Esempio 4 Example 4

In questo esempio sono riportati i risultati ottenuti per la reazione di transesterificazione condotta in un reattore a piastre 20 a temperatura ambiente. In this example the results obtained for the transesterification reaction carried out in a plate reactor 20 at room temperature are reported.

Le condizioni operative adottate sono descritte in tabella 9. The operating conditions adopted are described in table 9.

Tabella 9: Condizioni impiegate per le reazione di transesterificazione dell’esempio 4. Table 9: Conditions used for the transesterification reaction of example 4.

Tempo Time

Portata Scope

di Catalizzatore/olio Olio/metanolo Temperatura Catalizzatore totale of Catalyst / oil Oil / methanol Temperature Total catalyst

residenza (g/g) (mol/mol) (°C) residence (g / g) (mol / mol) (° C)

(ml/min) (ml / min)

(s) (s)

30 KOH 0.01 400 6 25 30 KOH 0.01 400 6 25

Si è proceduto nelle stesse modalità descritte negli esempi precedenti. We proceeded in the same way as described in the previous examples.

Per questa reazione si è ottenuta una resa in metilesteri pari al 50%. Risulta interessante il confronto dei dati ottenuti con quelli ricavati per la reazione di transesterificazione, condotta nelle stesse condizioni operative in un microreattore di tipo noto, dove la presenza di microcanali consente uno scambio di materia efficace tra due fasi liquide immiscibili, anche a bassi numeri di Reynolds, tramite l’interfaccia tra le due. For this reaction a yield in methyl esters equal to 50% was obtained. It is interesting to compare the data obtained with those obtained for the transesterification reaction, carried out under the same operating conditions in a known type microreactor, where the presence of microchannels allows an effective exchange of matter between two immiscible liquid phases, even at low numbers of Reynolds, via the interface between the two.

Secondo WO 2007/142983, dove si descrive l’uso di microcanali per produrre biodiesel, operando nelle stesse condizioni operative si è ottenuta una conversione in metilesteri pari al 30%. According to WO 2007/142983, which describes the use of microchannels to produce biodiesel, operating under the same operating conditions a conversion into methyl esters equal to 30% was obtained.

Il reattore 20 secondo l’invenzione consente, in generale, di ottenere reazioni occorrenti tra due fasi liquide immiscibili in condizioni di temperatura per cui la velocità di reazione sia sufficientemente alta da avvenire per tempi di contatto compresi tra 5 e 600 secondi, preferibilmente tra 10 e 60 secondi. The reactor 20 according to the invention allows, in general, to obtain reactions occurring between two immiscible liquid phases under temperature conditions for which the reaction rate is sufficiently high to take place for contact times between 5 and 600 seconds, preferably between 10 and 60 seconds.

Il reattore 20 secondo l’invenzione consente, in particolare, di produrre biodiesel per transesterificazione di trigliceridi con alcoli a basso peso molecolare C1-C4, preferibilmente metanolo ed etanolo, in presenza di catalizzatori sia acidi che basici di Bronsted o di Lewis, preferibilmente NaOH, KOH o relativi alcossidi, in reattori a piastre 20 ove queste piastre 24 possono essere lisce o opportunamente corrugate con una distanza media tra le pareti che può andare da 0.5 a 10 mm, preferibilmente tra 1 e 3 mm, operanti con portate dei fluidi che varieranno con il volume del reattore, ma tali da generare un regime turbolento nell’intercapedine tra una piastra e l’altra. The reactor 20 according to the invention allows, in particular, to produce biodiesel by transesterification of triglycerides with low molecular weight C1-C4 alcohols, preferably methanol and ethanol, in the presence of both acidic and basic Bronsted or Lewis catalysts, preferably NaOH , KOH or related alkoxides, in plate reactors 20 where these plates 24 can be smooth or suitably corrugated with an average distance between the walls that can range from 0.5 to 10 mm, preferably between 1 and 3 mm, operating with fluid flows that they will vary with the volume of the reactor, but such as to generate a turbulent regime in the interspace between one plate and another.

Il reattore 20 secondo l’invenzione consente di operare in un campo di pressione tra 0.01 e 2.5 MPa, preferibilmente tra 0.1 e 1 MPa e a temperature comprese fra 10°C e 300°C, preferibilmente fra 50°C e 200°C. L’impianto 1 secondo l’invenzione consente di utilizzare sia un singolo reattore a piastre 20 per fare avvenire la reazione, sia una batteria di reattori a piastre 20 posti fra loro in serie o in parallelo. The reactor 20 according to the invention allows to operate in a pressure range between 0.01 and 2.5 MPa, preferably between 0.1 and 1 MPa and at temperatures between 10 ° C and 300 ° C, preferably between 50 ° C and 200 ° C. The plant 1 according to the invention allows the use of both a single plate reactor 20 to make the reaction take place, and a battery of plate reactors 20 placed together in series or in parallel.

Il reattore 20 secondo l’invenzione consente di utilizzare un fluido di scambio termico, in equi o in controcorrente, in condizioni tali da consentire un profilo di temperatura predeterminato nel comparto di reazione o che garantisca una temperatura costante di parete. The reactor 20 according to the invention allows the use of a heat exchange fluid, in equi or countercurrent, in conditions such as to allow a predetermined temperature profile in the reaction compartment or which guarantees a constant wall temperature.

Il reattore 20 secondo l’invenzione consente di riempire l’intercapedine 28 in cui avviene la reazione con materiale inerte di riempimento, di opportuna dimensione e di qualsiasi forma (sfere, a scaglie, filamentosa, ecc..) allo scopo di migliorare la turbolenza locale. The reactor 20 according to the invention allows to fill the interspace 28 in which the reaction takes place with inert filling material, of suitable size and of any shape (spheres, flakes, filamentous, etc.) in order to improve the turbulence local.

Il reattore 20 secondo l’invenzione consente di riempire l’intercapedine 28 in cui avviene la reazione con materiale attivo (che possa svolgere attività catalitica) di opportuna dimensione e di qualsiasi forma (sferica, a scaglie, filamentosa o anche a forma di membrana) che svolga la duplice funzione di migliorare la turbolenza e di svolgere un ruolo catalitico. The reactor 20 according to the invention allows to fill the interspace 28 in which the reaction takes place with active material (which can perform catalytic activity) of suitable size and of any shape (spherical, flaky, filamentous or even membrane-shaped) which has the dual function of improving turbulence and playing a catalytic role.

In conclusione, il reattore a piastre 20 risulta sorprendentemente superiore nelle prestazioni ai reattori ed ai microreattori descritti con riferimento all’arte nota. In conclusion, the plate reactor 20 is surprisingly superior in performance to the reactors and microreactors described with reference to the known art.

Alle forme di realizzazione del reattore a piastre 20 e dell’impianto 1 descritte sopra, la persona esperta potrà, al fine di soddisfare specifiche esigenze, apportare modifiche e/o sostituzioni di elementi descritti con elementi equivalenti, senza per questo uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate. To the embodiments of the plate reactor 20 and of the plant 1 described above, the skilled person may, in order to meet specific needs, make modifications and / or replacements of the elements described with equivalent elements, without thereby departing from the scope of the claims attached.

Claims

CLAIMS 1. Reactor (20) for reactions occurring between at least two reactants provided in two liquid phases (12, 13), comprising: - an inlet (21) suitable for receiving the two liquid phases (12, 13); - an output (22) suitable for emitting the products (14); - a channel (23) suitable for receiving a continuous flow of the two liquid phases (12, 13) and / or of the products (14), in which the channel (23) comprises, at least in one section, an interspace (28) enclosed between two plates (24) arranged at a distance of at least 0.5 mm, and in which the channel (23) comprises means (25) for promoting turbulence in the continuous flow of the two liquid phases (12, 13) and / or of the products (14); And wherein the reactor (20) comprises means (26) for generating a heat exchange between the plates (24) and the continuous flow of the two liquid phases (12, 13) and / or of the products (14).

Reactor (20) according to claim 1 wherein the plates (24) are arranged at a distance not greater than 10mm, preferably between 1mm and 3mm.

Reactor (20) according to claim 1 or 2 wherein the means (25) for promoting turbulence in the continuous flow of the two liquid phases (12, 13) and / or of the products (14) comprise corrugations or knurls of the surface of the plates (24).

Reactor (20) according to any preceding claim wherein the means (25) for promoting turbulence in the continuous flow of the two liquid phases (12, 13) and / or of the products (14) comprise filling material comprised between the plates (24).

5. Reactor (20) according to the preceding claim in which the filling material comprised between the plates (24) is suitable for carrying out catalytic activity.

Reactor (20) according to any preceding claim wherein the means (26) for generating a heat exchange between the plates (24) and the continuous flow of the two liquid phases (12, 13) and / or of the products (14) they comprise means (4) for heating the plates (24) to a temperature between 10 ° C and 300 ° C, preferably between 50 ° C and 200 ° C.

7. Plant (1) comprising a reactor (20) according to any preceding claim, means (5) for the continuous feeding of the two liquid phases (12, 13) to the reactor (20), and means (6) for the outflow continuous of the products (14) from the reactor (20).

8. Plant (1) according to claim 7 further comprising means (11) for maintaining the pressure inside the plant (1) between 0.01MPa and 2.5MPa, preferably between 0.1Mpa and 1Mpa.

Plant (1) according to claim 7 or 8 further comprising means (50) for pre-mixing the two liquid phases (12, 13) upstream of the reactor (20).

Plant (1) according to any one of claims 7 to 9 further comprising means (50) for pre-heating the two liquid phases (12, 13) upstream of the reactor (20).

11. Method for obtaining products (14) from a chemical reaction between at least two reactants provided in two liquid phases (12, 13), comprising the steps of: - Feed the two liquid phases (12, 13) to a reactor (20) having a channel-shaped reaction chamber (23) suitable for receiving a continuous flow of the two liquid phases (12, 13) and / or products (14 ), in which the channel (23) comprises, at least in one section, a gap (28) enclosed between two plates (24) arranged at a distance of at least 0.5 mm, and in which the channel (23) comprises means (25 ) to promote turbulence in the continuous flow of the two liquid phases (12, 13) and / or of the products (14); - generating a heat exchange between the plates (24) and the continuous flow of the two liquid phases (12, 13) and / or of the products (14); And - Collect the products (14) at the outlet (22) of the reactor (20).

Method according to claim 11 wherein one liquid phase (12) comprises oil and / or fat of vegetable or animal origin, the other liquid phase (13) comprises a light alcohol, the two phases being immiscible with each other, the reaction it is a transesterification and the reaction products (14) include biodiesel and glycerin.

13. Method according to claim 12 wherein said oil of vegetable origin is selected from the group comprising: rapeseed oil, palm oil, sunflower oil, castor oil, soybean oil, cottonseed oil, peanut oil, peanut oil seaweed, jatropa oil (jatropha curcas), and the like; and wherein said light alcohol is ethyl alcohol or preferably methyl alcohol.

14. Method according to claim 12 or 13 further comprising the step of mixing to the two reactants also a basic homogeneous catalyst selected from the group comprising: sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH) and corresponding alkoxides with preference for methoxide of sodium (CH3ONa) or sodium ethoxide (C2H5ONa).