Separation process of complex mistures

O processo de separação de misturas homogêneas e não ideais é um problema comum nas indústrias. A separação de misturas complexas pode ser realizada a baixa pressão, para evitar a degradação de componentes sensíveis ou ainda, com a utilização de destilação com reação química para eliminar azeótropos e/ou aumentar a volatilidade relativa dos componentes a serem separados. A destilação reativa é uma técnica utilizada há muitos anos na indústria, porém, somente, recentemente, é que a modelagem matemática do problema permitiu que se desenvolvessem algorítmos para calcular e simular o processo de destilação onde ocorre simultaneamente o equilíbrio líquido-vapor- e o equilíbrio químico. Neste contexto, a destilação reat!va é uma das aplicações industriais mais efetivas para separar misturas complexas, uma vez que é baseada no conceito de reatores multifuncionais, isto é, na combinação de reações químicas com a destilação fracionada em um mesmo equipamento. Neste trabalho de tese, foram estudados os processos de destilação a baixas pressões para separar mono e diglicerídeos de glicerol, ácidos graxos e água, e o de destilação reativa para eliminar o fenol da mistura azeotrópica com água. Neste último, o reagente utilizado foi o anidrido acético com a formação de ácido acético e acetato de fenila. O esquema proposto demonstrou ser uma eficiente alternativa para a descontam inação de águas residuais. O simulador de processo HysysPlant@ foi utilizado para simular as destilações em estado estacionário e os resultados obtidos são inéditos na literatura publicada, contribuindo, portanto, com os desenvolvimentos na área de separação de misturas complexas. Para permitir a simulação da destilação reativa para separação do azeótropo água- fenol com anidrido acéticoé necessário se ter a cinética da reação. Como não existem na literatura dados experimentais deste sistema, neste trabalho foram apresentados alguns métodos para permitir a estimativa da cinética. Além disso, uma análise das misturas azeotrópicas formadas foi também realizada, para permitir a caracterização termodinâmica do sistema e, com isto, propor a separação física dos vários componentes. Este trabalho foi desenvolvido no I:aboratório de Desenvolvimento de Processos de Separação /DPQ/FEQ/UNICAMPThe separation process of homogeneous and non ideal mixtures is a common problem in chemical industries. The complex mixture separations may happen at low pressure to prevent thermal degradation or using reactive distillation to eliminate existing azeotropes and/or in order to increase the rei ative volatility of the components to be separated. Reactive distillation has been used in industrial applications for many years ago, but only recently, with the availability of mathematical models, it is possible to develop algorithms in order to calculate and to simulate the distillation process where the vapor-liquid and the chemical equilibria occur simultaneously. So, in this way, reactive distillation is one. of the most effective industrial applications in order to separate complex mixtures, since it is based on the concept of multifunction reactors or, in other words, on the combination of chemical reactors with fractionating distillation in a single equipment. In this work, two important processes were studied. The first one was the separation of mono and diglycerides from glycerol, fatty acids and water using low pressure distillation. The second one was the proposition of a new reaction scheme to carry out the separation of the diluted system composed by phenol and water, using acetic anhydride as reactant forming acetic acid and phenyl acetate as product. The scheme seems to be a simple and efficient alternative to the decontamination of wastewaters. It was necessary, also, to develop methodologies to calculate the reaction kinetic and characterization of the mixtures being studied in the second case. Computational steady state simulations were performed using Hysys.Plant@ commercial simulator. The results obtained are inedit in the published literature, contributing, so, with the developments in co.mplex mixture separations. This work was developed in the Separation Process Development Laboratory, at the School of Chemical Engineering, at UNICAM