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MINISTRIO DA CINCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUMICA

AVALIAO DA PLANTA DE ACETALDEDO POR OXIDAO DO ETANOL

Curitiba 2011

1

MINISTRIO DA CINCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUMICA

AVALIAO DA PLANTA DE ACETALDEDO POR OXIDAO DO ETANOL

Trabalho de graduao apresentado disciplina TQ075 - Integrao III do Departamento de Engenharia Qumica da Universidade Federal do Paran.

EQUIPE H

Camila Cristina Wan-Dall Eneri Maria da Luz Cordeiro Joel Robert Karp Ronaldo Cardoso Camargo

Curitiba 2011 2

SUMRIO

1. INTRODUO.........................................................................................4

2. PRODUO DO ACETALDEDO POR OXIDAO DO ETANOL..........5 2.1 Planta do processo..............................................................................5 2.2 Descrio detalhada da planta............................................................5 2.3 Comparao com outras plantas de produo do acetaldedo...........7 2.3.1 Acetaldedo pela Hidratao do Etino........................................7 2.3.2. Acetaldedo pela Oxidao do Eteno........................................8

3. LEVANTAMENTO DE DADOS...............................................................11 3.1 Fornecedores....................................................................................11 3.2 Aplicaes.........................................................................................11 3.3 Preo de venda do acetaldedo.........................................................11 3.4 Possveis clientes..............................................................................11

4. AVALIAO DOS SUBPRODUTOS......................................................12

5. ANLISE DE RESDUOS E EFLUENTES..............................................13

6. TOXICIDADE..........................................................................................15 6.1 Etanol................................................................................................16 6.1.1 Riscos.....................................................................................16 6.1.2 Medidas de Segurana...........................................................16 6.2 Acetaldedo.......................................................................................17 6.2.1 Riscos.....................................................................................18 6.2.2 Medidas de Segurana...........................................................18

7. CONCLUSO..........................................................................................20

8. REFERNCIAS.......................................................................................21 3

1. INTRODUO

O etanal, comumente conhecido como acetaldedo, um lquido incolor, que se encontra no estado gasoso temperatura ambiente. Sua produo em escala industrial foi aplicada em meio primeira guerra mundial, em 1916, sendo usado como intermedirio na produo de acetona e cido actico no Canad e na Alemanha. Atualmente, a produo mundial gira em torno de dez milhes de toneladas por ano, sendo que cerca de oitenta e cinco por cento desse produto destinado obteno de acido actico e seus derivados, principalmente o anidridoactico e o acetato de etila. utilizado tambm como um intermedirio na produo de piridina e de certos steres, como solvente para produo de borracha, para tratamento do couro, conservante de peixes e frutas e na indstria do papel. Atualmente h variados processos de produo de acetaldeido por meio de matrias primas como hidrocarbonetos de baixo peso molecular, monxido de carbono e metanol. Mas, classicamente, as principais matrias primas utilizadas so: o acetileno, atravs de sua hidratao; o etanol, atravs da sua oxidao ou pela sua desidrogenao; e o etileno, atravs de sua oxidao. A produo do acetaldeido pela oxidao do etanol, rota de interesse neste trabalho, o mais antigo e melhor mtodo de laboratrio. Esse processo define-se como uma oxidao cataltica do etanol em fase gasosa pelo oxignio contido no ar. O processo ser explicado detalhadamente, mas, resumidamente, entram lcool anidro vaporizado e ar em um reator, e saem os produtos acetaldedo, gua, gs carbnico, bem como o etanol e o ar que no reagiram completamente. Durante o processo para a separao do

acetaldedo, ainda h a passaagem por uma coluna lavadora, uma destiladora de acetaldedo e uma destiladora de lcool. O presente trabalho tem como finalidade a descrio da planta proposta para a produo de acetaldedo por oxidao do etanol, bem como a comparao com rotas que utilizam outras matrias primas. Alm disso, objetiva-se um estudo sobre a toxidez das substncias envolvidas no processo, uma avaliao dos resduos e subprodutos gerados, e tambm o levantamento de fornecedores, custos e possveis clientes.

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2. PRODUO DO ACETALDEDO POR OXIDAO DO ETANOL

2.1 Planta do Processo

O fluxograma de produo do acetaldedo por oxidao do etanol pode ser analisado na figura 1:

Figura 1 Fluxograma da planta de produo

2.2 Descrio Detalhada da Planta

O processo inicia-se com a entrada de lcool anidro (corrente 1) a 25C em um vaporizador, para, em seguida, encontrar a corrente de ar atmosfrico (corrente 2), a qual foi aquecida anteriormente ao atravessar um trocador de calor, formando ento a corrente 3. Esta passa por um trocador de calor, transformando-se em corrente 4, que chega ao reator com 240C e 3,6 bar. No reator ocorrem as seguintes trasformaes qumicas:

5

C2H5OH +1/2 O2 C2H3OH + H2O C2H5OH +3 O2 2CO2 +3H2O

(1) (2)

Respeitando a converso do etanol e a seletividade do processo, do reator saem os produtos gua, acetaldeido, gs carbnico, bem como o etanol e o ar que no reagiram completamente. Esses componentes (corrente 5), passam por trocadores de calor e seguem, a 45C, para uma coluna lavadora, na qual h a entrada de etanol, que dissolve o acetaldeido (completamente absorvido), a gua e o prprio etanol j presente, formando assim a corrente de fundo da lavadora (corrente 6), a 46 C, seguindo a proporo de 1:1,5 acetaldeido/etanol. No topo (corrente 7), a 45C e 1,8 bar, saem os incondensveis, ou seja, o oxignio, nitrognio e o gs carbnico, e tambm uma quantidade de etanol saturado. A corrente 7 passa por um trocador de calor e por um sistema de refrigerao, e os gases so separados do etanol em um vaso de separao, a uma presso de 0,4 bar. A corrente 7 subdivide-se, ento, na corrente 13, corrente de exausto, constituda apenas pelos gases, a 30C e 0 bar, e na corrente 12 formada pelo etanol saturado, que encontra a corrente 10 de etanol, formando a corrente 16, que retorna a coluna lavadora. A corrente 6, composta por gua, etanol e acetaldeido, segue para uma coluna destiladora de acetaldedo, que tem o objetivo de concentrar o acetaldeido, obtendo 100% de recuperao, sendo que a frao molar de acetaldeido no topo 99,5%. O 0,5% restante constituido apenas de etanol, devido temperatura das correntes envolvidas. A corrente 8 (acetaldeido e etanol) sai pelo topo do equipamento, passa por um trocador de calor, parte retorna alimentao da destiladora e outra parte vai para o armazenamento do Tanque de Acetaldeido, a 40C. A corrente de fundo (corrente 9), composta por toda a gua da corrente 6 e o etanol que no foi para o topo, segue para uma segunda coluna de destilao. A coluna destiladora de lcool possui a finalidade de concentrar o etanol, havendo recuperao de 98%. Na corrente de topo (corrente 17), h 93,3% (base molar) de etanol e 6,7% de gua. Assim que a corrente 17 sai da destiladora, ela passa por um trocador de calor e, ento, a 80C, parte retorna alimentao do equipamento e parte divide-se na corrente 10, que se une 6

corrente 12, e corrente 15, que serve de reciclo para o reator. A corrente de fundo (corrente 11) desta destiladora formada por gua e um pouco de etanol, a 100C, e ento pode ser encaminhada para tratamento.

2.3 Comparao com outras Plantas de Produo do Acetaldedo

O acetaldedo pode ser produzido atravs de diversas rotas indutriais, sendo que algumas das mais comuns so a oxidao do etanol, a desidrogenao do etanol, hidratao do etino e a oxidao do eteno, conhecida como Processo Wacker, que mais largamente utilizada. Estas duas ltimas citadas sero explicadas a baixo, de maneira a servir de comparao produo escolhida atravs da oxidao do etanol.

2.3.1 Acetaldedo pela Hidratao do Etino

Neste processo, a reao qumica que ocorre a seguinte,H2SO4 / Hg2+

C2H2(g) + H2O(l)

CH3CHO H= -138,2 kJ/mol

Geralmente, so usados xidos, fosfatos ou metais como catalisadores heterogneos. Por ser uma hidratao, o etino, no estado gasoso, reage com a gua, produzindo o etanal. Inicialmente, o acetileno no estado gasoso, aps passar por um separador de gua arrastado, conduzido ao reator, onde ocorre a reao acima. Uma das correntes de sada do reator conhecida como lama residual, composta pelo catalisador reduzido e por resqucios de acetaldedo. Esta lama residual dever ser reutilizada no processo, assim, esta dever passar por um processo de recuperao. A outra corrente de sada do reator contm, principalmente, o acetaldedo. No entanto, h tambm resduos de mercrio, que sero separados em um separador de mercrio arrastado. O catalisador ento realimentado ao reator. Depois dessa separao, a corrente contendo o produto desejado segue para condensadores, nos quais o aldedo ir liquefazer, seguindo para um tanque de armazenamento. O etanal que no condensou encaminhado a um separador de aldedo arrastado, para separar7

se do etino restante, e, dpois dessa separao, conduzido ao tanque. O acetileno passa por uma coluna de lavagem, entrando em contato com gua e , enfim, enviado