Produção do fenol - processos industriais, Trabalhos de Química Orgânica

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UNIVERSIDADE UNIGRANRIO

Produção do Fenol

RIO DE JANEIRO, 2022

SUMÁRIO

• 1.INTRODUÇÃO......................................................................................................................................
• 2.DESENVOLVIMENTO............................................................................................................................
• 3.CONCLUSÃO........................................................................................................................................
• 4.REFERÊNCIAS.......................................................................................................................................

Fonte: Kabbach, D. D. F. 2018. Oxidação do cumeno A etapa de oxidação ocorre via radical. A reação ocorre em reatores de colunas de bolhas, em série, com objetivo de aumentar a conversão de hidroperóxido de cumeno e diminuir o tempo de processo. Cumeno com 99,9% de pureza é alimentado pela base do primeiro reator junto com uma corrente de reciclo de cumeno das etapas posteriores de oxidação, condensação e destilação. O fenol é um inibidor forte na reação de oxidação. Portanto, todas as correntes de reciclo de cumeno são purificadas para evitar traços da substância. Todas as correntes de reciclo de cumeno também são tratadas com soda caustica para extrair ácidos orgânicos que para minimizar a formação de fenol catalisada decomposição do HPC. O oxigênio alimentado provém da atmosfera e é inserido em excesso para facilitar sua absorção dentro do reator, uma vez que a solubilidade do gás é baixa. A oxidação do cumeno ocorre em fase líquida e é exotérmica Parte desse calor é removida com uso de trocadores de calor e outra parte é utilizada na condensação de vapores orgânicos. A reação de oxidação é catalisada pela própria formação de hidroperóxido de cumeno (HPC) em altas concentrações. No entanto, produtos laterais são formados, como acetofenona (ACF), dimetil-benzil-álcool (DMBA) por degradação do grupo metila e ácidos orgânicos. Trabalha-se com concentrações limite de HPC a devido a formação desses subprodutos. Outra abordagem para conter a formação dos subprodutos é por meio do controle de temperatura já que a energia de ativação para a reação secundária é maior do que para a reação principal. Apesar da relativa estabilidade, a decomposição térmica do HPC é uma importante questão na segurança do processo de oxidação. O reator deve ser resfriado a uma temperatura abaixo da temperatura de decomposição autoacelerada. Visando economia e maior integração energética, o calor de reação dos reatores de oxidação pode ser integrado com a seção de concentração. O fluxo de líquido circulante do oxidante quente é usado para fornecer aquecimento ao vaporizador superior da coluna de pré-flash. Antes do lançamento na atmosfera, os subprodutos são separados, condensados e passam por um tratamento com carvão ativado de alta eficiência ou até mesmo zeólitas para recuperar traços dos produtos na corrente a ser tratada antes de emitido para a atmosfera, visando mitigar as emissões nocivas ao ambiente, ao passo que traços de cumeno são reciclados no processo. Concentração do Hidroperóxido de cumeno

O Hidroperóxido de cumeno (HPC) oriundo do último reator de oxidação ainda possui uma concentração baixa, em torno de 25%- 40%, acompanhados de subprodutos e cumeno não reagido. Para aumentar sua concentração para 65-90%, faz-se uso de uma coluna de destilação a vácuo. A separação do cumeno do HPC é feita com temperaturas abaixo de 100ºC, a fim de diminuir decomposição do HPC devido a uma catálise ácida. Nesta coluna há uma alimentação de cumeno puro, que é reciclado passando por uma lavagem com bases, com o propósito de não carrear ácidos para o reator de oxidação. É possível utilizar um sistema de concentração de duas colunas, no qual o calor de reação dos reatores de oxidação e vapor de baixíssima pressão são usados para vaporizar o cumeno na primeira coluna (préflash), reduzindo o tamanho da coluna flash principal. Decomposição do hidroperóido de cumeno Em seguida ocorre a clivagem do HPC utilizando-se ácido sulfúrico como catalisador. A decomposição percorre um circuito de trocadores de calor, devido a grande quantidade de calor liberado na reação. A quantidade de catalisador utilizada no processo determinará a forma de ocorrência da clivagem, heterogênea ou homogênea. Uma alta proporção de ácido sulfúrico acarreta uma clivagem heterogênea. Para uma clivagem homogênea, um pequeno fluxo contínuo de ácido sulfúrico é empregado ao sistema. A atividade do ácido na decomposição é dependente do meio solvente e da quantidade de água dissolvida, proveniente da desidratação do álcool dimetilbenzílico (DMBA) formado na etapa anterior de oxidação. A adição de DMBA e acetofenona ao sistema juntamente ao HPC é realizada a fim de aumentar a diluição e atividade do ácido. O circuito é formado por três trocadores de calor arranjados em série e associados a uma bomba que propicia a circulação dos reagentes e produtos. O fluxo de HPC e ácido entram em dois trocadores de calor em série, com temperaturas entre 40 e 80ºC e pressão atmosférica resultando numa corrente de produto com fenol, acetona, HPC, cumeno e produtos laterais. Na primeira etapa da clivagem, o HPC não reagido condensa parcialmente com o DMBA originando peróxido de dicumilo (DPC) e água. Sendo o produto desta etapa composto por quantidades residuais de HPC, DMBA e DPC. Tal produto é aquecido acima dos 100ºC favorecendo a desidratação do peróxido de dicumilo. O HPC é então clivado e para fenol e

É preciso realizar um tratamento na mistura do produto de clivagem a fim de remover os ácidos orgânicos e inorgânicos com o intuito de evitar reações secundárias ou corrosão do equipamento de destilação. Fenato de sódio (NaPh) pode ser usado como neutralizador. No decantador a fase aquosa salina é separada do produto de clivagem neutralizado e é importante ter uma boa separação de fases. A passagem de água contendo sal para o destilador pode causar incrustações ou entupimento dos evaporadores durante o processo de destilação. Outras opções para neutralização do produto de clivagem constituem do uso de resina de troca iônica sulfônica com troca cáustica ou a adição de diamina. A diamina forma sais que são solúveis na parte orgânica e são separados com o resíduo na destilação. Destilação em colunas A próxima etapa é a destilação que recebe a saída da etapa de neutralização. Existem várias opções para a sequência de separação na unidade de destilação. Colunas em sequência são aplicadas. Figura 4– Colunas de destilação Fonte: Magnetrol-AMETEK.

A propanona bruta é separada como o produto de topo na primeira coluna e a acetona pura é recuperada na segunda. Com a finalidade de converter os aldeídos em compostos de alto ponto de ebulição, soda cáustica é adicionada à segunda coluna. A coluna é operada a baixa pressão para melhorar a remoção da água. O produto de fundo desta coluna é tratado na para remover os componentes orgânicos.

O produto de fundo da primeira coluna segue para a terceira coluna. Nesta, o cumeno com alfa-metilestireno e resíduos de fenol e água é separado como produto de topo. A água é separada no decantador e tratada para recuperação do fenol. Na quarta coluna, o cumeno com vários percentuais de alfa-metilestireno é separado de componentes de baixo ponto de ebulição, principalmente acetona e água. O fenol residual é separado do cumeno em um purificador de cumeno usando soda cáustica diluída como solvente de extração. O NaPh recuperado é enviado para a unidade de neutralização. O cumeno advindo do purificador de com uma concentração de fenol residual é reciclado de volta para a unidade de oxidação. O fenol bruto é separado como produto de topo da quinta coluna. Traços residuais de impurezas são convertidos em produtos de alto ponto de ebulição na unidade de tratamento de fenol por reação com resinas de troca iônica ácidas. O fenol puro é separado dos produtos de alto ponto de ebulição na sexta coluna.

3.CONCLUSÃO

A química da produção de fenol é um processo de duas etapas síntese. Primeiro, o cumeno reage com o oxigênio em reatores de colunas de bolhas uma formando um composto intermediário, hidroperóxido de cumeno(CHP). Em segundo, o CHP é decomposto com ácido sulfúrico para formar os coprodutos fenol e acetona. O controle da concentração de CHP é muito importante, pois o mesmo é crítico como um produto da etapa de oxidação e como reagente na reação de clivagem. O CHP é então concentrado em uma série de colunas de destilação. O estudo do Processo Hock permitiu sintetizar os processos de produção industrial e identificar a importância das técnicas no processo produtivo.

4.REFERÊNCIAS

WEBER, M.; Phenolic resins: a century of progress. Springer, 2010. Moreira, Guilherme G. Produção industrial de acetona e fenol. Universidade Estadual Paulista. 2022. Disponível em: < https://repositorio.unesp.br/bitstream/handle/11449/216627/moreira_gg_tcc_araiq.pdf? sequence=6>. Acessado em abril de 2022. Oliveira, Pedro H. R. Métodos de Preparação Industrial de Solventes e Reagentes Químicos. Revista Virtual de Química ISSN 1984-6835. 2015. Disponível em <https://rvq- sub.sbq.org.br/index.php/rvq/article/viewFile/966/600>.Acessado em abril de 2022.