ÁREA: Química Orgânica
TÍTULO: Montagem e análise hidrodinâmica de um reator PFR para reação catalítica de desidratação de glicerina em condições sub e supercríticas da água para produção de acroleína.
AUTORES: Silva, G.S. (UFPR) ; Luz Jr, L.F.L. (UFPR) ; Corazza, M.L. (UFPR) ; Kolicheski, M.B. (UFPR) ; Kanda, L.R.S. (UFPR)
RESUMO: No presente trabalho foi instalado um reator tipo PFR, para as reações catalíticas de desidratação de glicerina em altas pressões e temperatura, com catalisador de sulfato de zinco. As variáveis avaliadas são temperatura, pressão, concentração de sulfato de zinco, concentração de glicerina e tempo de residência, mas antes dos procedimentos experimentais das reações de desidratação, é importante estudar e avaliar todo o equipamento, e testar suas condições de uso para obtenção de forma segura, uniforme e precisa dos produtos desejados.
PALAVRAS CHAVES: REATOR; GLICERINA; ACROLEÍNA
INTRODUÇÃO: O motivo de aprimorar estudos relacionados à projeção e funcionamento de um reator PFR (Plug Flow Reactor) é procurar alternativas de uso da glicerina que é um subproduto do processo de transesterificação do óleo de origem vegetal ou gordura animal com a adição de metanol ou etanol formando biodiesel e glicerina (PINTO et al., 2005). Com avanço em pesquisas relacionadas ao biodiesel e presenciando a forma com que está sendo aceito no mercado e com chegada do B5 (5% de biodiesel adicionado no diesel oriundo do petróleo) ao Brasil, um grande volume de glicerina é produzido cerca de 55 a 60 mil ton/ano, no entanto o consumo interno do país, atualmente gira em torno de 40 mil toneladas anuais (ABIQUIM, 2008). Diante disso é necessário a busca por alternativas para a conversão em produtos de maior valor agregado, tornando cada vez mais viável o processo de produção de biodiesel. Com isso um método adotado para dar destino à glicerina é a desidratação catalítica, para formação de acroleína que um intermediário do ácido acrílico.
MATERIAL E MÉTODOS: O reator PRF instalado para os experimentos, é constituído de tubos de aço inoxidável com diâmetros de 1/4”, 1/8” e 1/16”. Para alimentação contínua dos reagentes e catalisador, o reator está conectado a uma bomba de alta pressão (parte de equipamento de cromatografia líquida - HPLC) a qual permite trabalhar com vazão volumétrica máxima de 5mL/min. Montou-se o sistema dentro de um forno para que a operação, na faixa de 250°C - 400°C, fosse possível. Na saída dos produtos instalou-se um trocador de calor para resfriar e/ou liquefazer a mistura efluente do reator. As temperaturas podem ser verificadas por dois indicadores de temperaturas ligados a termopares posicionados dentro do forno próximo ao reator, e na saída quando o produto está nas proximidades do resfriador e o no sistema para controle, já a pressão pode ser controlada válvula (autoclave engineers) que está ligado a um indicador de pressão. As pressões avaliadas estavam entre 300-400 bar. Foram realizados estudos de hidrodinâmica do reator, por meio de experimentos como distribuição do tempo de residência. A DTR foi determinada através da alimentação em degrau com um traçador (azul de metileno). Os ensaios feitos teve diferentes vazões e diferentes condições de temperatura, e para a análise da concentração na saída foi empregado um espectrofotômetro-UV. Assim tornou possível fazer uma verificação das características do escoamento no reator montado e também um mapeamento completo da velocidade para diferentes fluidos.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A curva de calibração para o traçador de azul de metileno foi feita para determinação de concentrações das amostras retiradas do reator, para observar o comportamento do fluido do tempo decorrido desde a entrada no sistema até a saída do mesmo. Foram testadas vazões de 5, 4, 3, 2 1 mL, com variações de temperatura com soluções de água pura e água com 15% de glicerina. O tempo de residência determinado deve-se aos pontos experimentais feitos em intervalos de tempos contantes. A concentração calculada em função do tempo feita a partir da equação dada pelo gráfico da curva de calibração. Embora as variáveis para determinação da DTR fossem diferentes todos os resultados obtidos tiveram o mesmo perfil. Para expressão da F, definiu-se a equação através dos ajustes das variáveis concentração e tempo numa função exponencial, e de posse com os dados obtidos e feita uma diferenciação calculou-se então a curva E.
GRÁFICO 1: CURVA DE CALIBRAÇÃO DO TRAÇADOR
GRÁFICO 2: CURVA F e E (VAZÃO 5mL/min água)
CONCLUSÕES: Os resultados obtidos tiveram o mesmo perfil, em todas as vazões feitas com água.
A solução de água com 15% de glicerina, não apresentou mudanças significativas no comportamento da DTR. Com temperatura a diferença tanto com água quanto de água e glicerina, as DTRs puderam ser observadas apenas um tempo menor da corrida do fluido desde a entrada no sistema até a saída do mesmo. Sendo isso verificado na comparação em gráficos que mostraram o ponto em que os resultados ficaram constantes.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: -ABIQUIM - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA INDÚSTRIA QUÍMICA.. Relatório do SDI – Sistema Dinâmico de Informações Estatísticas. São Paulo, 2008. 36 p.
-PINTO, A. G.; GUARIEIRO, L.N.; RESENDE, M.J.C. et al. Biodiesel: an overview. Journal of the Brazilian Chemical Society, Salvador, v. 16, n. 16 (6B), p. 1313-1330, sep. 2005.
