Produção de ácido acético e furfural a partir do condensado de cozimento ao sulfito ácido

Mestrado em Engenharia QuímicaA sustentabilidade económica da indústria de pasta de papel passa pelo aproveitamento de subprodutos que possam apresentar valor acrescentado ao processo. Deste modo, a recuperação de ácido acético e furfural, presentes nos condensados de evaporação do licor do processo ao sulfito, poderá, mesmo tendo em conta a baixa concentração, obter um retorno económico e ambiental significativo, que justifique a sua aplicação industrial. Várias amostras de condensados e licores do processo de evaporação foram fornecidas pela empresa Caima Companhia de Celulose, S.A. (Constância). Analisaram-se estas amostras por HPLC, o que permitiu identificar um perfil de concentrações de ácido acético e furfural na linha de condensados de evaporação. Concluiu-se que o ácido acético se encontra mais concentrado nos condensados de saída dos primeiros efeitos de evaporação, onde a temperatura e pressão são mais elevadas. Observou-se também que existe um aumento da quantidade de furfural, o que evidencia a ocorrência da hidrólise de alguns açúcares, que se degradam formando furfural. Os condensados, que são actualmente enviados para tratamento anaeróbio contém ácido acético com uma concentração de aproximadamente 11 g/L e furfural a 0,7 g/L. Neste projecto de investigação pretende-se desenvolver um processo de recuperação de ácido acético e furfural. Definiu-se que a remoção destes compostos da linha de condensados será realizada por extracção liquido-liquido, optando-se pelo solvente orgânico MTBE como agente extractor. O MTBE possui uma boa capacidade de extracção, é pouco solúvel em água e é volátil, o que permite uma regeneração menos dispendiosa em comparação com outros solventes estudados. De modo a optimizar o processo, realizaram-se simulações, utilizando o software Hysys, ao qual foram introduzidos dados de parâmetros de interacção binária experimentais, encontrados na literatura. Para reduzir as necessidades energéticas, efectuou-se uma integração energética do processo, aplicando o método de “pinch”, o que permite reaproveitar a energia disponível, através de uma rede de permutadores. A viabilidade económica do processo depende da concentração inicial da alimentação, sendo que, aos valores actuais de mercado do ácido acético (500 – 600 €/ton), o processo apresentará vantagens a partir de uma concentração de ácido acético superior a 2% m/m. Um processo que permita aumentar a concentração da alimentação será portanto necessário para que o projecto seja vantajoso. ABSTRACT: The economic sustainability of pulp and paper industries, depend on the recovery of high value by-products of the process. Therefore, from the recovery of acetic acid and furfural, present in sulphite spent liquor evaporation condensates, even in low concentrations, it can be obtained a significant economic and environmental return, that justifies this project for future industrial application. Several samples of evaporation condensates and liquors were supplied by Caima Companhia de Celulose, S.A. (Constância). These samples were analysed by HPLC, allowing the definition of an acetic acid and furfural concentration profile through the evaporation condensates line. It was concluded that acetic acid is more concentrated on the condensates leaving the first evaporation effects, where both temperature and pressure are higher. It was also seen that furfural amount increases on the evaporation process, which can be explained by the hydrolysis of some sugars during that process. Nowadays the condensates are sent to anaerobic treatment, with an acetic acid concentration of 11 g/L and furfural of 0,7 g/L. On this research it was developed an acetic acid and furfural recovery from sulphite pulp condensates. Liquid-liquid extraction was the better alternative separation process, using MTBE (Methyl Tert-Butyl Ether) as extraction solvent. MTBE has low solubility on water and is very volatile, turning out to be a less expensive option, compared with other solvents. Besides its definition, the process was also optimized through several simulations, using the software Hysys. Binary interaction parameters found on the literature were included on this software database, in order to obtain results based on previous experiments. To reduce energetic process needs was used the “pinch method”. It consists on process integration, getting energetic profit based on a heat-exchanger network. Economic process viability depends on the initial feed concentration. Actually, at market values of acetic acid (500 – 600 €/ton), the developed process is only favourable at acetic acid concentration higher than 2,0 w/w%. Therefore it is essential to include a previous process that could increase feed concentration, to obtain process viability