Petróleo & Energia

13 de abril de 2017

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

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Publicado por: Quimica e Derivados
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    Figura 4   Protótipo do reator de fluxo contínuo em fase vapor irradiado por micro-ondas.

    Química e Derivados, Artigo Técnico: Processo assistido por micro-ondas para desidratação de etanol a etileno
    No interior desse tubo localizou-se um leito catalítico estratificado com pelotas de zeólitas e carbeto de silício, este na função de susceptor de micro-ondas, sustentados por um suporte de quartzo na parte inferior. Carregou-se o tubo com 7,0 g de catalisador ocupando o volume de 23,5 cm3.

    O topo desse tubo foi conectado a um vaporizador de solução aquosa de etanol (vaso aquecido eletricamente com injeção de solução hidroalcoólica e de nitrogênio, gerando uma corrente efluente de vapor de etanol diluído com nitrogênio e água vapor).

    O vaporizador foi alimentado com a solução aquosa de etanol por meio de uma bomba dosadora e com um fluxo de nitrogênio que atua como gás de arraste. O vaporizador foi aquecido por meio de uma resistência elétrica com controle da potência elétrica aplicada e termopar para indicação da temperatura de vaporização. Essa descrição pode ser visualizada no fluxograma do processo da Figura 5.

    Especial atenção é dada à cavidade que contém o vaso de reação, pois de seu dimensionamento depende, em grande parte, a eficiência energética do conjunto reator. A cavidade em si consiste de um vaso em alumínio, metal capaz de refletir as micro ondas na forma de dupla pirâmide (ao centro nas Figuras 4 e 5), conectado de um lado a um sistema de alimentação de micro-ondas (à direita, na Figura 4) e, do outro, a um curto móvel (à esquerda, na Figura 4). O curto móvel é um elemento mecânico que permite deslocar uma parede móvel que delimita o volume da cavidade, com o efeito de alterar o comportamento das micro-ondas no seu interior. O efeito desejado é obter uma distribuição adequada dos campos elétrico e magnético das micro-ondas, no interior da cavidade. Na Figura 6 apresenta-se uma simulação multifísica da distribuição dos campos elétrico (setas vermelhas) e magnético (setas azuis), no interior da cavidade. Assim, com simulações sucessivas, pode-se determinar a posição ótima do curto móvel para o processamento da reação e desidratação de etanol.

    Figura 5 – Fluxograma do processo de eteno verde assistido por micro-ondas.

    Química e Derivados, Artigo Técnico: Processo assistido por micro-ondas para desidratação de etanol a etilenoFigura 6 – Simulação dos campos elétrico (vermelho) e magnético (azul)
    no interior da cavidade.

    Química e Derivados, Artigo Técnico: Processo assistido por micro-ondas para desidratação de etanol a etilenoProcesso de desidratação de etanol a etileno assistido por micro-ondas

    Quanto às Figuras 7 e 8, a operação do reator teve o procedimento a seguir descrito: a solução aquosa de etanol foi bombeada por uma bomba de diafragma dosadora (a) com vazão de 0,05 mL∙s-1 a um vaso vaporizador (b). Esse vaso foi aquecido com uma fita de aquecimento elétrico na temperatura da ebulição do álcool alimentado. O nitrogênio utilizado como gás de arrasto foi adicionado à solução de etanol aquecida, e sua vazão indicada por um rotâmetro (c). A temperatura na saída do vaso foi medida com o auxílio de um termopar (d). Parte da mistura gasosa aquecida (mistura nitrogênio-etanol-água vapor) foi desviada para uma purga (Figura 8) e o restante adentrou o corpo do reator.

    A decisão de se instalar essa purga se baseou na verificação de que a vazão de alimentação excedia a capacidade de processamento do leito catalítico, o que influenciava o cálculo do rendimento de eteno. Na impossibilidade de se operar com vazões menores de alimentação de solução aquosa de etanol, devido a limitações da bomba disponível, uma purga foi instalada com a finalidade de reduzir a vazão de etanol-nitrogênio-água vapor alimentada ao reator. Uma válvula de esfera (f – Figura 7) foi utilizada para controlar a vazão de purga.

    Figura 7 – Vista frontal da cavidade do reator com o sistema de coleta eteno instalado.

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