Processo de Produção

• Processo de Produção Convencional

Embora a produção de BuOAc possa ser realizada sem a utilização da DR, isto é, com o emprego separado da reação química e da destilação, os registros obtidos na lite- ratura indicam que adotar a DR se tornou uma prática convencional. Além disso, outra prática convencional é o emprego de catalisador ácido no processo (SAKUTH; REUSCH; JANOWSKY, 2008).

As práticas consideradas como convencionais se distinguem por meio do modo de operação. Algumas utilizam um reator como primeira etapa, nomeada de etapa de pré- reação, e em seguida encaminham o produto reacional, parcialmente convertido e em equilíbrio, para a coluna de DR. Outras realizam toda a reação química e separação den- tro da coluna, dispensando o uso do reator.

As Figuras 9-(a) e 9-(b) ilustram as diferentes configurações. Na Figura 9-(a) observa- se o emprego do pré-reator. O pré-reator é carregado com catalisador e com os reagentes, reatores do tipo leito-fixo são utilizados (HANIKA et al., 1999; STEINIGEWEG; GMEH- LING, 2002). Os reagentes alcançam conversões próximas do equilíbrio químico, assim a corrente de saída do reator contém uma mistura de produtos e reagentes.

Essa mistura é encaminhada para a coluna, onde os reagentes alcançam conversões próximas de 100 %. Nas duas configurações da Figura 9, a alimentação dos reagentes ocorre em uma única corrente e no topo da seção reativa. Essa posição é apontada como a ótima devido à proximidade em seus pontos de ebulição. O que resulta na distribuição adequada dos regentes na coluna, permitindo que esses se concentrem ao longo da seção reativa (CHO et al., 2014).

Na Figura 9-(b) os reagentes são introduzidos diretamente na coluna de DR, assim a reação direta acontece em sua maior intensidade, uma vez que não há produtos na ali- mentação, e esses são removidos da seção reativa à medida que são formados. A escolha entre as duas configurações é baseada na pureza final de BuOAc, nos custos operacionais e nos custos de capital (CHO et al., 2014).

Por causa das diferentes volatilidades, as correntes de destilado e de fundo são princi- palmente constituídas por HOH e BuOAc, respectivamente. Entretanto, devido à presença de azeótropos e a eventuais reagentes não convergidos, ambas correntes apresentam im- purezas. Isso leva à implementação de unidades posteriores de separação (CHO et al., 2014).

A corrente de destilado após condensada é encaminhada para um decantador que a divide em uma fase aquosa e outra orgânica, caracterizando um sistema de duas fases líquidas. A fase aquosa constituída principalmente por HOH é encaminhada para purifi- cação. A fase orgânica constituída principalmente por BuOAc é refluxada para a coluna. A corrente de fundo também é encaminhada para purificação (CHO et al., 2014).

Figura 9: Diagramas de fluxo de processos de produção de BuOAc. (a) - Com emprego do pré-reator, (b) - Sem o emprego do pré-reator.

(a)

(b)

Fonte: Adaptado de Cho et al. (2014).

• Processo com Componente de Arraste

Em alguns casos, certos azeótropos podem acrescentar complexidade ao processo de- vido a suas propriedades. Quando o azeótropo é de mínimo e envolve um reagente, o processo tem seu desempenho prejudicado devido à perda do reagente como produto de topo. Uma das maneiras de solucionar esse problema é por meio do emprego de um com- ponente de arraste (CHO et al., 2014).

O componente de arraste forma um azeótropo ou com o componente do sistema que estava comprometendo a atuação do reagente ou com ambos, em uma temperatura menor do que a dos azeótropo já presentes. Isso permite ou a residência do reagente na seção reativa, pois o componente comprometedor será vaporizado antes de formar um azeótropo com o reagente, ou a redução da perda do reagente como produto de topo (CHO et al., 2014).

O componente de arraste pode estar originalmente entre os demais componentes. Nessa ocasião, emprega-se a nomenclatura componente de arraste interno (CAI). Há a confi- guração em que o componente de arraste ao processo é adicionado ao processo, sendo denominado de componente de arraste externo (CAE). Essa configuração está ilustrada na Figura 10. O CAE é alimentado à coluna de DR e sai em mistura como produto de topo, seguindo portanto para o condensador (CHO et al., 2014).

Após o condensador, o produto de topo segue para o decantador, onde há a formação da fase orgânica e da fase aquosa. O CAE deve constituir principalmente a fase orgâ- nica e ser continuamente refluxado à coluna (DIMIAN; OMOTA; BLIEK, 2004). Essa configuração combina a DR com a destilação azeotrópica. Ela é capaz de satisfazer os requerimentos de pureza sem o auxílio de um pré-reator.

Figura 10: Diagrama de fluxo de processo de produção de BuOAc com o auxílio de um componente de arraste externo (CAE).

• Catalisador e Recheio

Em relação ao emprego de catalisador, segundo Sakuth et al. (2008), reações de esterificação são aceleradas pela presença de ácidos ou álcalis. Entretanto, a literatura mostra que a grande maioria das catálises acontece na presença de ácidos. Ácido sulfúrico, como catalisador homogêneo, ou resinas de troca iônica como catalisador heterogêneo são os mais utilizados.

A utilização de resinas está vinculada ao emprego de recheio nas colunas de DR. Recheios desenvolvidos especificamente para essa aplicação são instalados, e estocam as resinas garantindo contato adequado entre a superfície do catalisador e a fase líquida reativa. Dentre as especificações é fundamental um longo tempo de vida útil para os catalisadores — aproximadamente 3 anos — uma vez que sua troca provoca a desativação da planta (SAKUTH; REUSCH; JANOWSKY, 2008).

• Considerações

Estudos realizados sobre a DR aplicada à produção de BuOAc apresentam informa- ções detalhadas da influência do arranjo dos equipamentos e dos parâmetros de operação da coluna no desempenho do processo. Essas informações estão abordadas na Seção 6.

Em geral para a produção de BuOAc, as colunas de DR operam sob pressão atmos- férica, em uma faixa de temperatura que varia de 90 °C a 120 °C, respeitando os limites superiores de estabilidade térmica dos catalisadores, que são de 120 °C a 130 °C. Quando há o emprego do pré-reator, a temperatura de operação dele está em uma faixa de 50 °C até 85 °C e sob pressão atmosférica (GANGADWALA et al., 2003; CHO et al., 2014).