Óxido de etileno
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Produção de óxido de etilenoTRANSCRIPT
TECNOLOGIA DE PROCESSOS QUÍMICOS – ENG 1821
Alunos:
Diego Pampolha da Silva
Hikaru Tsukamoto Abrão
Jessica Ourique
Tayssa Pimentel
Professora: Ana Rosa
PRODUÇÃO DE ÓXIDO DE ETILENO
Setembro-2015
ÍNDICE
1. O PRODUTO...............................................................................................................3
2. PROCESSOS DE OBTENÇÃO.................................................................................4
3. FLUXOGRAMA - OXIDAÇÃO................................................................................7
4. ETAPAS DO PROCESSO - OXIDAÇÃO................................................................8
5. AVALIAÇÃO AMBIENTAL...................................................................................11
6. FÁBRICAS E UNIDADES.......................................................................................12
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1. O PRODUTO
Nome IUPAC: epóxi-etano
Outros nomes: óxido de etileno, óxido de dimetileno, oxirano, oxaciclopropano.
Compostos relacionados: eteno, etileno glicol, óxido de propileno, oxetano.
Aparência: gás incolor/inflamável ou liquido refrigerado com um fraco odor doce.
Característica: volátil, mais pesado que o ar, extremamente tóxico, grande poder de
penetração, solúvel em água, pH ácido, alta inflamabilidade, larga faixa de concentração
explosiva no ar.
O óxido de etileno (OE) é um intermediário químico utilizado na fabricação de
uma grande variedade de produtos como: etileno glicóis, éteres etílicos e surfactantes
não iônicos.
O mais utilizado é o etileno glicol (inodoro, incolor, xaroposo, líquido com sabor
doce, tóxico) e seu uso primário final é a produção de poliéster. É mais comumente
conhecido por seu uso como um refrigerante automotivo e anticongelante.
Óxido de etileno produzido pela oxidação catalítica do etileno com catalisador
de prata. Essa reação é acompanhada por várias reações paralelas, sendo que as mais
significativas são as de queima total do etileno e a queima direto do próprio oxido de
etileno, formando CO2 e H2O.
É uma importante substancia química também usada como intermediários na
produção de esterilizantes para alimentos e matérias de uso médico. E também para a
preservação de especiarias.
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É um gás que mata bactérias, mofo e fungos, e pode consequentemente ser usado
para esterilizar substâncias que sofreriam danos por técnicas de esterilização tais como a
pasteurização (processo utilizado em alimentos para destruir microrganismos
patogênicos ali existentes) que se baseiam em calor. Como citado anteriormente, esse
óxido é largamente utilizado para esterilizar suprimentos médicos, tais como ataduras,
suturas e instrumentos cirúrgicos.
Um epóxi é um éter cíclico com três átomos que formam um anel. Este anel
define aproximadamente um triangulo equilátero que o torna altamente tenso. Esse anel
sob tensão torna o epóxi mais reativo que os outros éteres.
O método preferido tem sido a tradicional câmara de esterilização, onde uma
câmara é preenchida com um misto de óxido de etileno e outros gases os quais são
removidos depois por exaustão, e também o mais recente método da difusão gasosa, o
qual se coloca em bolsas que adicionam os materiais a serem esterilizados e atua como
uma mini câmara de maneira a consumir menos gás e fazer o processo economicamente
mais atraente para pequenas demandas.
2. PROCESSOS DE OBTENÇÃO
O processo produtivo de óxido de etileno foi inicialmente preparado em 1859,
utilizando-se uma reação entre o hidróxido de potássio e a etilenocloridrina. Em 1914,
ele passou a ser produzido em escala comercial, sendo inicialmente desenvolvido em
duas rotas de produção: etilenocloridrina e oxidação direta (que foi descoberta em
1931).
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Reações (Elilenocloridrina + Hidróxido de Potássio):
Cl2+H 2O⇒ HOCl+HCl
CH 2CH 2+HOCl⇒ClCH 2CH 2OH
A oxidação direta foi gradualmente substituindo o processo via etilenocloridrina.
Via etanol: A principal rota para produção de olefinas leves, especialmente
etileno, é o craqueamento a vapor de hidrocarbonetos. As cargas de alimentação para as
unidades de craqueamento a vapor são principalmente a nafta petroquímica e gasóleos.
As reações de craqueamento envolvem a quebra de ligação, e uma grande quantidade de
energia é necessária para conduzir a reação para produção de olefinas.
O fornecimento de etileno constitui um obstáculo para a implementação de
novas plantas de óxido de etileno no Brasil, na medida em que a atual capacidade de
produção de etileno via craqueamento, está comprometida com as empresas de segunda
geração existentes, e a instalação de uma nova empresa craqueadora no Brasil requer
investimentos significativos. Adicionalmente, em virtude do etileno ser um produto
difícil e caro de ser transportado e armazenado, sua importação e exportação é
dificultada. Logo, há espaço para pesquisas que encontrem formas sustentáveis de
obtenção do óxido de etileno, sem a dependência de matérias-primas petroquímicas,
como o etileno. Existem trabalhos que indicam a conversão direta de etanol em óxido de
etileno, com o uso de alumina impregnada com metais como catalisadores.
A utilização de zeólitas como suportes ácidos, ao invés de alumina, pode
possibilitar a conversão direta de etanol em óxido de etileno, visto que zeólitas possuem
diversas características que propiciariam essa catálise, como: grande área superficial,
capacidade de absorção num amplo espectro que vai desde altamente hidrofóbicas a
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altamente hidrofílicas, estrutura que permite a criação de sítios ativos, tais como sítios
ácidos, entre outras.
As zeólitas são aluminossilicatos microporosos e cristalinos com estrutura
baseada numa extensa rede tridimensional de tetraedros SiO4 e AlO4. A composição
química das zeólitas pode ser representada de acordo com a seguinte fórmula geral:
Mx/n [(AlO2)x (SiO2)y] . wH2O
Onde: M = cátion de compensação, geralmente íons do grupo IA ou IIA, embora
outros cátions orgânicos possam ser usados;
n = valência do cátion;
x e y = número de átomos de Al e Si por cela unitária, respectivamente;
w = número de moléculas
Dessa forma, a presença de átomos de alumínio na estrutura da zeólita gera
cargas negativas que precisam ser compensadas por cátions. Quando essa carga negativa
é compensada com átomos de hidrogênio a zeólita passa a apresentar acidez de
Brønsted que é muito importante para a reação de interesse.
Mediante isso, foram realizados estudos para a produção de catalisadores
bifuncionais para a conversão direta de etanol a óxido de etileno. Esses catalisadores
podem possuir um ou mais metais de transição como prata e cobre que foram
impregnados na zeólita Beta, como também metais alcalinos que funcionem como
promotores da reação.
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Reação
3. FLUXOGRAMA – OXIDAÇÃO
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4. ETAPAS DO PROCESSO - OXIDAÇÃO
O Óxido de Etileno é obtido pela oxidação catalítica do etileno com catalisador
de prata. Essa reação de oxidação é acompanhada por reações paralelas, destacando-se a
de queima total do etileno e a queima direta do próprio óxido de etileno, formando CO2
e H2O. A seletividade e conversão do reator dependem fortemente das condições de
processo e a baixa conversão por passe, associada ao aumento da seletividade, impõe a
necessidade de reciclo, com integração energética para minimização dos custos de
produção. A predição do comportamento dinâmico é dificultada pela alta sensibilidade
paramétrica do processo, tornando necessárias ferramentas de simulação para análise e
otimização da produção. O processo de produção do Óxido de Etileno é constituído por
3 etapas: a Etapa de Reação, a Etapa de Absorção e a Etapa de Purificação de óxido de
etileno.
Na Etapa de Reação, o Óxido de Etileno é produzido pela oxidação catalítica do
etileno com catalisador de prata suportada em alumina (figura 1). É utilizado um reator
multitubular de leito fixo, refrigerado externamente por um fluido térmico que circula
em contracorrente ao fluido de processo, como em um trocador de calor casco e tubo. A
alimentação do reator é composta por etileno e oxigênio com alto grau de pureza. Além
do reator, o sistema de reação é composto por trocadores de calor de integração
energética, que são responsáveis por aquecer a corrente de alimentação do reator.
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Reação: H2C=C H 2 + 12 O2⇒C H4O
Figura 1 - Catalisador de prata suportada em alumina
A Etapa de Absorção é composta por uma torre de absorção, alimentada pela
corrente efluente do reator, que foi utilizada no primeiro trocador de integração
energética para aquecer a corrente de alimentação. Essa corrente é formada pelo produto
(óxido de etileno), subprodutos (CO2 e H2O) e reagentes (etileno e O2) que não
reagiram. Na torre de absorção, água é utilizada para absorver o óxido de etileno
formado, que segue para o sistema de purificação. Os demais compostos que não são
absorvidos são reciclados para o processo (H 2C=C H2 + O2 ⇒ Início de processo), após
purga para controle da concentração de CO2.
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Reações:
C H 4O + H 2O ⇒ Sistema de purificação
H 2C=C H2 + O2 ⇒ Início de processo
CO2⇒ Purga
Figura 2 - Torre de absorção
Por fim, a Etapa de Purificação é composta por duas colunas de destilação. A primeira é
utilizada para separar a água do óxido do etileno mais os traços dos demais gases
presentes no processo. Esses gases que são separados da água seguem para a segunda
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coluna, a partir da qual é obtido o produto, óxido de etileno, com 99,5% (em massa) de
pureza.
Reações:
C H 4O + H 2O+¿ impurezas ⇒ C H 4O + impurezas (elimina a água)
C H 4O + impurezas ⇒ C H 4O (99,50% de pureza)
5. AVALIAÇÃO AMBIENTAL
O óxido de etileno se degrada rapidamente quando libertados no ambiente.
Porque o óxido de etileno é um gás, acredita-se que em sua maior quantidade,
será liberada para a atmosfera, onde ele reage com o vapor de água e à luz solar e se
degrada dentro de poucos dias.
Quando em meio aquoso se dissolve, mas a maior parte evapora. A parcela que
permanece na água é repartida por bactérias, ou por reação com água e outros produtos
químicos.
Quando libertado para o solo, a maior parte vai evaporar-se para o ar e alguma
quantidade pode ser degradada por bactérias ou por reação com água no solo.
O óxido de etileno não persiste muito tempo no ambiente e não é de esperar a
acumulação na cadeia alimentar.
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Toxicidade
O óxido de etileno é irritante da pele e mucosas, provoca distúrbios genéticos e
neurológicos. É um método, portanto, que apresenta riscos ocupacionais.
Existem alguns relatos de exposições agudas de humanos a altas concentrações de óxido
de etileno, onde foram observadas reações como náusea, vômitos e diarréia (CAWSE et
al, 1980 apud APECIH).
Os limites estabelecidos de tolerância ao óxido de etileno são:
no ar, a concentração máxima para a qual pode-se ficar exposto é de 1 ppm ou
1,8 mg/m3 para um dia de 8 horas de trabalho;
a exposição ao gás a uma concentração de 10 ppm é por, no máximo, 15
minutos.
6. FÁBRICAS E UNIDADES
OXITENO é a única indústria produtora de oxido de etileno no Brasil segundo a
ABIQUIM (Associação Brasileira de Industria Quimica)
A Oxiteno, criada no início da década de 70, é uma empresa do Grupo ULTRA
de origem brasileira com atuação global, líder na produção de tensoativos e produtos
químicos especializados.
Presente em nove países, nas Américas, Europa e Ásia, sua estrutura conta com 12
unidades industriais localizadas no Brasil, Estados Unidos, México, Uruguai e
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Venezuela e escritórios comerciais na Argentina, Bélgica, Brasil, China, Colômbia,
Estados Unidos, México, Uruguai e Venezuela.
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