Petróleo & Energia

13 de abril de 2017

Artigo Técnico: Processo assistido por micro-ondas para desidratação de etanol a etileno

Mais artigos por »
Publicado por: Quimica e Derivados
+(reset)-
Compartilhe esta página

    As micro-ondas correspondem à faixa de ondas eletromagnéticas com frequência entre 0,30 a 300 GHz e são empregadas tanto em telecomunicações quanto em aplicações em medicina, científicas e industriais. Além das telecomunicações, a aplicação mais difundida é como fonte de calor. Do uso das micro-ondas em fornos para aquecimento, derivou a ideia de processar reações químicas com aquecimento por micro-ondas, que resultou numa alternativa de processamento acelerado das reações químicas.

    Figura 3   Evolução de publicações sobre sínteses orgânicas assistidas por micro-ondas.[12]

    Química e Derivados, Artigo Técnico: Processo assistido por micro-ondas para desidratação de etanol a etilenoDiferentes teorias foram formuladas para explicar o fenômeno de aceleração das reações químicas pelas micro-ondas [13-16], porém sem conseguir um consenso na elucidação desse fenômeno.

    Os primeiros relatos dele puderam ser explicados facilmente, pois eram experimentos realizados em vasos de pressão utilizados para digestão de amostras, os quais permitem atingir pressões internas de até 100 bar. Obviamente, a temperatura do meio reagente subia a valores altos e, pela lei de Arrhenius, a reação ocorria em velocidade maior. Entretanto, reações realizadas à pressão ambiente também foram aceleradas por irradiação com micro-ondas.[17-20] Daí em diante, surgiram novas diferentes teorias visando elucidar o fenômeno observado.

    Há duas famílias de teorias: uma delas defende que o efeito das micro-ondas sobre as reações químicas é devido ao “efeito térmico” e a outra o atribui ao “efeito não térmico” ou “específico” das micro-ondas sobre o meio reagente.[21] A primeira família preconiza que a aceleração das reações ocorre devido a aspectos específicos resultantes da maneira como as micro-ondas aquecem um meio qualquer. A segunda se sustenta no fato de que, na mesma temperatura de processamento (portanto, pela lei de Arrhenius, as velocidades seriam iguais), as reações realizadas sob irradiação por micro-ondas são, assim mesmo, mais rápidas.

    Dentro do conceito de efeito térmico, temos a teoria de aquecimento volumétrico que se observa quando moléculas polares são irradiadas por micro-ondas.[22, 23] O calor é gerado no volume em que as micro-ondas penetraram. Outra explicação atribui o fenômeno ao superaquecimento que as micro-ondas podem gerar num meio dielétrico que possua uma tangente de perda crescente com a temperatura, fato que pode ocasionar até o aumento da temperatura normal de ebulição.[24] Uma terceira teoria prevê que, em pequenos volumes, haja uma elevada densidade energética, elevando a temperatura nesse ponto.[25, 26] Da somatória desses resultaria uma condição de temperatura que elevaria a velocidade média de reação. Há também uma teoria que atribui a aceleração da reação ao fato de substâncias iônicas se alinharem com as linhas do campo elétrico das micro-ondas, alterando suas posições iniciais de repouso, a custa de absorção da energia eletromagnética das micro-ondas, que é liberada na forma de calor quando o campo elétrico inverte sua fase.[27]

    Essas teorias ainda não explicaram todos os fenômenos observados e abriram espaço para a teoria do efeito não térmico. Esse efeito, específico das micro-ondas, é relacionado com o seu campo magnético que pode desemparelhar spins dos átomos das moléculas reagentes.[27-29] Com essa interferência no estado dos eletrons, abrem-se outras rotas de mecanismo reacional, antes impossíveis. Normalmente, essas novas rotas alternativas são mais rápidas que as convencionais.

    Hoje, tais reações químicas incentivadas por micro-ondas já são aceitas pelo mundo científico e até citadas na tradicional obra sobre química orgânica, o March’s Advanced Organic Chemistry..[30] Sem se preocupar com a explicação científica completa do fenômeno da ação das micro ondas sobre as reações químicas, procurando beneficiar-se das vantagens advindas de sua aplicação[31-36] e, sobretudo, visando a uma inovação na produção de eteno verde, idealizou-se desenvolver um método de desidratação de etanol assistida por micro ondas, visando conseguir as vantagens de maior produtividade e menor geração de gases-estufa.

    Reator químico de fluxo contínuo em fase de vapor irradiado por micro-ondas

    A seguir, é descrita a versão atual do conceito de reator desenvolvido, cujo protótipo tem capacidade para processar 0,368 g.min-1 de etanol.

    O protótipo do reator, apresentado na Figura 4, constituiu-se de um tubo de quartzo encerrado por completo numa cavidade de alumínio (à esquerda, na fotografia) conectada ao gerador de micro-ondas 2,45 GHz, de potência regulável até 3 kW (à direita, na fotografia).


    Página 2 de 712345...Última »

    Compartilhe esta página







      0 Comentários


      Seja o primeiro a comentar!


      Deixe uma resposta

      O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *