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 8 – Detalhe do sistema de purga da alimentação do reator.

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

    Na operação do reator, a potência do gerador foi controlada para se manter uma potência efetiva constante. Tal valor de potência corresponde à diferença entre as potências irradiada e refletida, medidas no sistema do reator. A temperatura do leito foi medida com o auxílio de um termômetro infravermelho. Os gases efluentes do reator foram continuamente descartados por diluição com excesso de ar, valendo-se de um exaustor potente. Quando a temperatura de desidratação de etanol era atingida, no interior do tubo, o sistema de coleta era aberto e o gás formado recolhido em gasômetro de vidro de 1 litro (e Figura 7), cheio de água, para dosagem de eteno. O tempo de coleta estabelecido foi de 3 minutos. Simultaneamente, a corrente de purga de etanol e água foi medida por meio de uma proveta na saída do condensador (g   Figura 8). A cada amostragem, fez-se a leitura do volume recolhido após equalizar a pressão interna com a atmosférica.

    Seguindo uma tendência da indústria petroquímica, optou-se por um catalisador baseado em zeólitas, aluminossilicatos sintéticos ou naturais amplamente utilizados na indústria devido principalmente à sua alta capacidade catalítica. Suas vantagens na catálise heterogênea ácida em relação aos catalisadores ácidos homogêneos estão no fato de a catálise ocorrer no interior das cavidades dos minerais da zeólita, que permitem a acomodação de íons ou moléculas, facilitando sua interação. Na petroquímica, o uso de zeólitas tem sido explorado devido à sua alta estabilidade térmica e seletividade como catalisadoras em processos de alquilação, aromatização e isomerização.[37]

    Quanto maiores os poros, mais eficaz será o efeito catalítico, o que justifica o aumento do interesse industrial na síntese da zeólita Socony Mobil-5 (ZSM-5), cuja abertura do poro é de 5 Angstron (0,5 nm). A família pentasil, a que essa zeólica pertence, possui alto teor de sílica (Si/Al >15), atribuindo característica ácida ao cristal.[54]

    A desidratação de etanol sobre zeólita ZSM-5 foi relatada na literatura [38] com altos rendimentos de eteno. Sua dopagem com zinco e manganês intensifica a seletividade para o eteno verde.[39] Observando-se esses resultados, optou-se pela síntese de zeólita ZSM 5/Zn-Mn, para utilizá-la como catalisador neste trabalho. Entretanto, para o projeto inovado, era necessária a preparação de um leito catalítico de zeólita capaz de gerar seu próprio aquecimento por irradiação com micro-ondas. Tal intento foi atingido ao se incorporar na formulação do catalisador um susceptor a micro-ondas adequado. Na Figura 9, apresenta-se uma vista da câmara de reação durante o processo de desidratação do etanol. É importante observar que apenas o leito catalítico estava em temperatura elevada, da ordem de 350 a 400oC, enquanto o restante do reator estava apenas morno.

    Figura 9 – Leito catalítico incandescente autoaquecido por micro-ondas.

    Química e Derivados, Artigo Técnico: Processo assistido por micro-ondas para desidratação de etanol a etileno
    Otimização do processo de desidratação de etanol irradiado por micro-ondas

    Com o fim de otimizar as condições de operação, procedeu-se a uma otimização com o método Simplex, um algoritmo que viabiliza a otimização de processos por meio da programação linear.[40] Essa otimização foi necessária pois, no estado da técnica, havia indícios apontando que os parâmetros operacionais – teor de álcool na alimentação do sistema, potência efetiva de micro-ondas para o aquecimento e vazão de nitrogênio como gás de arrasto – possuíam faixas de valores para o melhor desempenho do processo.

    Por meio do algoritmo e de informações preliminares, foram determinados os valores dessas faixas de operação, estipulando seus valores médios e sua amplitude. Pelo método Simplex, foi estabelecido um conjunto de quatro pontos, cujas coordenadas operacionais constituíram o primeiro Simplex. Na Tabela 1, os pontos 1 a 4 são essas coordenadas de operação definidas pelo algoritmo, e os demais são resultantes da evolução do método Simplex.

    Tabela 1 – Resultado da evolução do Simplex

    Química e Derivados, Artigo Técnico: Processo assistido por micro-ondas para desidratação de etanol a etilenoCom a execução dos testes nessas condições de operação, determinaram-se os rendimetos em eteno para cada conjunto de condições operacionais. O ponto de pior resultado foi substituído por outro ponto, cujas coordenadas se determinaram por inversão da matriz que representa o ponto descartado. Após a realização de novo teste, nas novas condições, compararam-se os rendimentos do novo ponto com os dos pontos remanescentes, eliminando-se um segundo ponto. Repetiu-se essa mecânica, sucessivamente, até que um ponto “novo” fornecesse um resultado pior que de seu predecessor.


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