Definição do diagrama de processo de fabrico

O processo de fabrico à escala semi-piloto, aqui definido, é análogo ao utilizado em escala laboratorial. A única diferença é que a cortiça funcionalizada não sai do reactor, ou seja após a impregnação/funcionalização, o etanol é evaporado dentro do próprio reactor e, seguidamente, é adicionado o óxido de propileno, ou seja, é feita a oxipropilação. Seguidamente, é descrito o processo de fabrico de poliol, por partidas, em escala semi-piloto.

O pó de cortiça é previamente impregnado com uma solução de KOH em etanol no reactor, a

30 bar, sob atmosfera de N2, durante uma hora, à temperatura ambiente. Em seguida, o etanol

é evaporado até à secura, dentro do reactor. Depois, junta-se óxido de propileno à cortiça funcionalizada e seca, no reactor.

A mistura é agitada durante 1 hora, à temperatura ambiente. Seguidamente, inicia-se o aquecimento até à temperatura desejada de 200ºC (a pressão máxima atingida será cerca de 15 bar). Depois de finalizada a reacção, obtém-se um líquido muito viscoso. O produto é diluído dentro do reactor com diclorometano (para diminuir a viscosidade), e é acididificado com ácido acético glacial para neutralizar a solução.

O produto sai do reactor, entra num filtro, e é separado do resíduo de cortiça que não reagiu ou pouco reagiu. O filtrado é enviado para um evaporador, onde o solvente e compostos voláteis que ainda estejam presentes são evaporados. O produto resultante – poliol - sai do evaporador através de uma bomba e é armazenado. A Figura 6.1 mostra a representação esquemática do processo de fabrico de polióis à escala semi-piloto.

O etanol e o diclorometano resultantes da evaporação poderão ser conduzidos a um condensador para serem reutilizados, como mostra a Figura 6.1.

6. DEFINIÇÃO DE UMA ESTRATÉGIA PARA IMPLEMENTAR A REACÇÃO NUMA ESCALA SEMI-PILOTO 127 Legenda: Bombas Válvulas

Figura 6.1 – Diagrama do processo de fabrico de polióis à escala semi-piloto.

Reactor C/ agitação Evaporador pó de cortiça óxido de propileno Filtro Condensador Tanque Etanol C/ agitação Tanque Dicloro- metano ácido acético resíduo Poliol KOH N2 etanol diclorometano o acético

6.3 Definição do tipo de equipamento

A definição de todo o equipamento foi feita com a colaboração das empresas ARSOPI (reactor e evaporador) e EQUIFLUXO (filtro e bombas), com base no diagrama do processo de fabrico (Figura 6.1), e nas características físico-químicas dos reagentes e produtos formados durante o processo de fabrico, à escala laboratorial (Tabela 6.1).

Tabela 6.1 – Características físico-químicas dos reagentes e produtos formados durante o processo de fabrico, à escala laboratorial.

Pó de cortiça Óxido de propileno Etanol Diclorome- tano “Pasta” poliol com resíduo e diclorometano “pasta” poliol Densidade real (g.cm-3₎ 1,25 ____ ____ ____ ____ ____ Granulome- tria (mm) < 0,425 ____ ____ ____ ____ ____ Humidade (%) 6,6 ____ ____ ____ ____ ____ Massa molecular (g.mol-1) ____ 58,08 46,07 84,93 ____ ____ Massa volúmica (g.cm-3₎ ____ 0,828 0,7851 1,322 ____ ____ Temperatura ebulição (ºC) ____ 35 78,4 39,8 ____ ____ Viscosidade 25 ºC (cp) ____ 0,305 1,078 0,41 < 19 24400

6. DEFINIÇÃO DE UMA ESTRATÉGIA PARA IMPLEMENTAR A REACÇÃO NUMA ESCALA

SEMI-PILOTO 129

Para a definição de todo o equipamento, foi necessário definir as quantidades de reagentes por partida. Assim, para produzir cerca de 500 g de poliol, serão necessários

- 200 g de pó de cortiça;

- 400 ml de óxido de propileno (331,2 g ); - 2 litros de etanol;

- 20 g de hidróxido de potássio; - 4 a 6 litros de diclorometano.

6.3.1 Reactor tipo tanque agitado

O reactor será do tipo tanque agitado, equipado com um manómetro, termopar, sistemas de aquecimento e de refrigeração, e um agitador. O reactor inclui válvulas de entrada e saída de produto e picagens para aplicação de instrumentação. A capacidade total do reactor deverá ser de 15 litros.

O reactor será construído em aço AISI 316, com diâmetro interior de 242 mm, altura da virola 420 mm e flangeado no topo. O reactor será envolvido por uma camisa que contém óleo aquecido por uma resistência eléctrica, e deverá ser totalmente isolado. O arrefecimento será efectuado com uma serpentina de dimensão 16x1,5 mm, onde circula água glicolada. O reactor deve estar equipado com um agitador de pás tipo âncora, com motor de 0,5 kw, com variador de velocidade e empanque mecânico duplo em cartucho.

A representação esquemática do reactor encontra-se no final deste capítulo.

6.3.2 Filtro tipo Nutsche

O filtro poderá ser do tipo Nutsche, que é uma versão industrial do utilizado em escala laboratorial, Funil de Büchner, excepto por ser projectado para operar sob vácuo ou pressão. Dadas as características do fluido a filtrar, o meio filtrante poderá ser uma placa metálica

sinterizada. Contudo, somente com um ensaio piloto é que se poderá estabelecer o meio filtrante mais adequado.

6.3.3 Evaporador tipo tubo duplo

O evaporador poderá ser do tipo tubo duplo (tubo com camisa), onde no tubo interior circula o produto, e no exterior circula o fluido de aquecimento (água). As dimensões serão as seguintes:

Diâmetro do tubo exterior: 88,9 mm Diâmetro do tubo interior: 60,3 mm Comprimento: 750 mm

6.3.4 Válvulas e Bombas

Na escolha das bombas, foram apenas consideradas compatibilidades químicas entre os fluídos a dosear e os materiais aplicados na construção das bombas. As bombas seleccionadas não são anti-deflagrantes. Foi considerado que o doseamento dos diferentes reagentes fosse feito à pressão atmosférica, à excepção do diclorometano, que deverá ser pulverizado contra as paredes do reactor. Relativamente ao controlo das bombas doseadoras, poderá ser realizado por intermédio de temporizadores, o que não é propriamente o método mais rigoroso. No caso de ser necessário maior rigor e repetitibilidade, as bombas doseadoras deverão ser substituídas por bombas volumétricas.

Doseamento de pó de cortiça

Para o doseamento de pó de cortiça, sugere-se a utilização de um doseador de pó da marca DOSAPRO MILTON ROY. Como o pó de cortiça apresenta uma granulometria fora da gama disponibilizada pela Dosapro, a EQUIFLUXO não garante que o equipamento proposto funcione, sem que seja previamente testado pelo fabricante.

6. DEFINIÇÃO DE UMA ESTRATÉGIA PARA IMPLEMENTAR A REACÇÃO NUMA ESCALA

SEMI-PILOTO 131

Assim, para o doseamento do pó de cortiça, sugere-se uma bomba doseadora, marca DOSAPRO, modelo DP350, que apresenta as seguintes características:

- densidade do pó > 0,8;

- 100 µm < granulometria < 260 µm; - caudal regulável entre 2,1 e 1,9 L/h; - tremonha inox 100 L;

- detector de nível.

Preparação e doseamento da solução de hidróxido de potássio em etanol

A preparação da solução de hidróxido de potássio em etanol deverá ser feita num tanque em polietileno de alta densidade com tratamento anti UV, equipado com um agitador eléctrico e com uma bomba doseadora. Os reagentes deverão ser adicionados manualmente, e a bomba doseadora fará a introdução da solução no reactor.

Assim, para a preparação e doseamento da solução de hidróxido de potássio em etanol sugere- se a utilização de um tanque da marca DOSAPRO, com as seguintes características: Tanque DOSAPACK 60 L, com capacidade de 60 litros, equipado com sonda de nível, agitador VDA1210S100 e bomba doseadora GA25P4T3 (25 L/h a 12 bar).

Doseamento do óxido de propileno

Para dosear o óxido de propileno, sugere-se uma bomba doseadora, marca DOSAPRO, modelo GA25S4N3, que apresenta as seguintes características:

- caudal: 0-25 L/h; - pressão: 12 bar;

- doseador em inox 316; - válvulas em inox 316.

Doseamento de diclorometano

Uma vez que o diclorometano vai ser utilizado para a diminuição da viscosidade do produto obtido no reactor e para lavagem do mesmo, sugere-se que o diclorometano seja pulverizado contra as paredes do reactor. Em cada 5 minutos, serão doseados 2,5 litros de diclorometano. Sugere-se uma bomba doseadora, marca DOSAPRO, modelo GA25D4T3, que apresenta as seguintes características:

- caudal: 0-25 L/h; - pressão: 12 bar; - doseador em PVDF; - válvulas em PVDF.

Doseamento de ácido acético glacial

Como a adição do ácido acético glacial tem por finalidade a neutralização do produto obtido no reactor, a bomba doseadora deverá ser controlada por um controlador de pH. Este controlador, da representante italiana B& C, é constituído por um microprocessador PH7685 e por uma sonda de pH.

Para o doseamento do ácido acético glacial, sugere-se uma bomba doseadora, marca DOSAPRO, modelo GA5P1T3, que apresenta as seguintes características:

- caudal: 0-5 L/h; - pressão: 12 bar; - doseador em PP; - válvulas em PP.

6. DEFINIÇÃO DE UMA ESTRATÉGIA PARA IMPLEMENTAR A REACÇÃO NUMA ESCALA

SEMI-PILOTO 133

Saída do produto do evaporador

Dada a elevada viscosidade do produto final, a utilização de uma bomba de parafuso seria a melhor escolha. Contudo este tipo de bomba não pode trabalhar em seco, situação que poderá ocorrer, após evaporação total do solvente. Assim sugere-se a utilização de uma bomba de accionamento pneumático, constituída por dois corpos separados onde estão localizadas duas membranas. Por meio de válvulas à entrada e saída dos referidos corpos, estas duas membranas, funcionando alternadamente, conseguem bombear o fluido, mesmo que nele existam bolhas de ar.

Assim, para retirar o produto final do evaporador, sugere-se a utilização da bomba pneumática de duplo diafragma S05, com as seguintes características:

- caudal: 40 L/h; - pressão: 2 bar; - corpo em PVDF; - membrana em PTFE.

CAPÍTULO 7

7. RESUMO FINAL E CONCLUSÕES

Os ensaios realizados em reactor fechado, com manta de aquecimento, para estudo da cinética da reacção de oxipropilação de pó de cortiça, permitiram as seguintes conclusões:

● A evolução temporal da temperatura e da pressão nos vários ensaios ilustraram uma boa reprodutibilidade do processo.

● Há um aumento da temperatura e da pressão até se atingirem valores máximos, seguidos de uma diminuição da pressão até um valor constante, dando-se por concluída a reacção. Esta diminuição traduz o consumo de OP durante a reacção.

● A pressão final obtida não é zero, provavelmente devido à existência de algum óxido de propileno residual que não reagiu.

● Devido à reacção ser exotérmica e o sistema de refrigeração do reactor não ser suficientemente eficaz, verifica-se a existência de um pico de temperatura, atingindo-se e estabilizando-se a temperatura desejada só no final da reacção, pelo que a oxipropilação se dá, na realidade, a temperatura variável.

● Quanto mais cedo se interrompe a reacção, maior é a quantidade de resíduo obtido, como seria de esperar.

● A reacção de oxipropilação de pó de cortiça, com manta de aquecimento, à temperatura nominal de 200 ºC, tem a duração aproximada de uma hora.

● Comparando as evoluções temporais da pressão com resultados obtidos com bandas de aquecimento (ensaios realizados no âmbito da execução do projecto “CORKPOL”), à mesma temperatura nominal de 200 ºC, verifica-se que, com bandas, o aumento da pressão é muito mais rápido e a pressão máxima atingida é maior.

● Comparando as evoluções temporais da temperatura com resultados obtidos com bandas de aquecimento (ensaios realizados no âmbito da execução do projecto “CORKPOL”), à mesma temperatura nominal de 200 ºC, verifica-se que, com bandas, o aquecimento é muito mais rápido, atingindo-se mais cedo a temperatura desejada; contudo, a temperatura máxima atingida é também mais elevada.