Alcoolquímica - Artur, Pedro e Thiago

Prévia do material em texto

7) ALCOOLQUÍMICA – MATERIAIS 
7.1 Introdução 
A indústria alcoolquímica é o setor da indústria que utiliza etanol como 
matéria prima para produção de diversos produtos. O surgimento da 
alcoolquímica remete à década de 1920, porém foi deixada de lado com o 
crescimento e consolidação da indústria petroquímica. Durante a década de 
1970, a indústria alcoolquímica se restabeleceu como uma tendência, devido, 
principalmente, ao aumento do valor do barril de petróleo e, desde então, se 
valorizou com a crescente demanda por produções sustentáveis e mais baratas. 
O ano de 1973 deu início à crise do petróleo no mundo e o Brasil começou 
a investir em fontes de energia alternativas, a fim de reduzir a dependência da 
matriz brasileira do petróleo importado. Assim, em 1975, foi criado o Proálcool 
(Programa Nacional do Álcool), programa em que o governo subsidiava a 
produção de etanol a partir de matérias-primas orgânicas para substituir a 
produção de combustíveis a partir de matérias-primas fósseis. 
 
Figura 1: Matriz da alcoolquímica no Proálcool - Fonte: Ribeiro 1981 
 
 
Atualmente, a oscilação do preço do barril de petróleo, perspectiva de 
esgotamento de reservas, crescente preocupação com as consequências 
ambientais decorrentes do uso de derivados do petróleo, além dos riscos 
geopolíticos da dependência de petróleo importado de países politicamente 
instáveis fizeram com que a busca por matérias-primas sustentáveis se tornasse 
cada vez mais forte. Assim, a alcoolquímica não está voltada somente à 
utilização do etanol como combustível, como também se tornou matéria-prima 
de diversos setores da indústria química. 
Neste documento, serão mostrados diversos exemplos de materiais 
gerados a partir do etanol e suas características. 
 
7.2 Acetato de etila 
 
Figura 2: Estrutura do acetato de etila 
O Acetato de Etila é largamente empregado na indústria cosmética 
alimentícia e farmacêutica, além de possuir aplicações como solvente de tintas, 
adesivos e revestimentos (SATO et al., 2013). Ele composto possui baixa 
volatilidade, baixos pontos de congelamento (-83,6 °C) e fulgor (-4°C), além de 
baixa toxicidade. 
O uso do produto vem crescendo nos últimos anos, devido à substituição 
de equivalentes, como solventes aromáticos e alguns solventes cetônicos, como 
metiletilcetona (MEK) e metilisobutilcetona (MIBK), visando a redução das 
emissão de compostos orgânicos voláteis. Em alguns locais essa mudança já 
se transformou em normas governamentais e em outros as mudanças são 
alavancadas pelas próprias empresas que desejam se adequar aos conceitos de 
ESG. 
Existem muitos processos para a produção do acetato de etila, como 
esterificação entre etanol e ácido acético, condensação do acetaldeído, 
desidrogenação do etanol e adição direta do eteno ao ácido acético. 
A produção industrial brasileira do produto ocorre predominantemente a 
partir do etanol,dado a grande disponibilidade do produto, e ocorre pelo método 
de esterificação de Fischer, que está representada na reação abaixo: 
𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 ⇌ 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐶2𝐻5 + 𝐻2𝑂 
Porém, esse processo envolve a solubilização do catalisador ácido 
(H2SO4) no meio racional, o que pode ocasionar corrosão dos equipamentos, 
dificultar a purificação dos produtos e gerar resíduos inorgânicos decorrentes da 
etapa de neutralização. Além disso, essa reação possui diversas etapas e requer 
diferentes reatores ao longo do processo (CHAZIN, 2012), que eleva os custos 
de instalação e manutenção, além da complexidade e custos de gerenciamento. 
A partir desses problemas foi desenvolvido o método de conversão direta 
do etanol em acetato de etila, representado na equação abaixo: 
 2𝐶2𝐻5𝑂𝐻 ⇌ 𝐶𝐻3 + 𝐶𝑂𝑂𝐶2𝐻5 + 2𝐻2 
Esse método trouxe como vantagens a maior produção de hidrogênio (gás 
não poluente e como valor agregado), utilização de apenas um reator e um 
tanque de alimentação de matéria-prima (o que diminui os custos de 
investimento e de produção), e utilização de catalisadores heterogêneos 
(CHAZIN, 2012). Entretanto ainda existem alguns desafios quanto ao domínio 
completo desse método, de forma que diferentes grupos de pesquisa tem o 
estudado, principalmente no que tange ao uso de catalisadores. 
 
7.3 Acetato de metila 
 
Figura 3: Estrutura acetato de metila 
O Acetato de metila (MeOAc, conhecido também como éster metílico de 
ácido acético ou etanoato de metila, possui característica semelhantes ao 
Acetato de Etila, sendo porém mais tóxico e solúvel em água (solubilidade de 
25% em água a temperatura ambiente). O composto é um solvente lipofílico e 
levemente aprótico e hidrofílico, além disso ele é inflamável e possui odor 
bastante característico. 
 O produto é comumente usado como substituto de diferentes solventes 
como a acetona, butanona, acetato de etila e tolueno, devido a seu menor 
custo frente ao seus concorrentes. Além disso ele pode ser utilizado no 
tratamento de superfície de couro sintético, para produção de adesivos e na 
lavagem de pistolas industriais. Outra utilização recente do acetato de metila é 
como substituto ao etanol no processo de fabricação do Biodiesel, em um 
método que retira a necessidade do uso de catalisadores (DONÁ, 2012). 
 O processo de obtenção do produto mais comum é a esterificação do 
metanol e do ácido acético utilizando ácidos fortes, como o ácido sulfúrico, como 
catalizadores: 
𝐶𝐻3𝑂𝑂𝐻 + 𝐶𝐻3𝑂𝐻 ⟶ 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐶𝐻3 + 𝐻2𝑂 
Esse processo utiliza o metanol produzido como coproduto nas indústrias 
sucroalcooleira e também nas cachaçarias, por exemplo, e o transforma no 
Acetato de Metila, que possui maior valor agregado. 
 Esse processo, apesar de ser vantajoso por transformar um coproduto em 
um produto de maior valor agregado, apresenta problemas como a 
complexidade, custos com corrosão, os elevados riscos ambientais (que 
comprometem uma postura ESG) e custos com o catalisador, de forma que a 
produção a partir do dimetil éter (DME) tem ganhado crescente importância 
(ZHANG, 2013). 
 A rota de produção a partir do DME, se baseia na reação exotérmica de 
carbonilação do dimetil éter com monóxido de carbono, representada pela 
equação: 
𝐶𝐻3𝑂𝐶𝐻3 + 𝐶𝑂 ↔ 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐶𝐻3 
 Os estudos dessa rota ainda são escassos, de forma que um grande volume 
de novos estudos ainda estão ocorrendo por diferentes grupos de pesquisa. 
 
7.4 Butanol 
 
Figura 4: Estrutura do butanol 
O butanol é um álcool com diversas aplicações em diferentes ramos 
industriais. Ele possui várias aplicações como solvente, e atualmente mostra-se 
um interessante componente para substituição da gasolina. Sua obtenção mais 
comum é feita a partir do petróleo, mas hoje em dia, diversas rotas de sínteses 
a partir de matérias-primas renováveis vêm sendo estudadas, principalmente a 
partir do etanol, sendo a mais comum delas, a reação de Guerbet, mostrada 
abaixo: 
 
Figura 5: Reação de Guerbet 
A maioria das pesquisas com publicações atuais sobre a obtenção de 
butanol a partir de etanol, utilizam o método de fermentação com uso de micro-
organismos. Como a eficiência e a estabilidade dos micro-organismos são 
afetadas por diferentes parâmetros durante a fermentação, dessa forma diversos 
estudos demonstram que o uso de catalisadores heterogêneo (sólido inorgânico) 
consegue assegurar reprodutibilidade do método, rompendo assim um dos 
maiores desafios para seu uso em escala industrial. 
 Além desse processo de obtenção a partir do etanol as biorrefinarias 
sucroalcooleiras podem ainda produzir o butanol utilizando o bagaço e a palha 
da cana, em um processo similar ao chamado “etanol de segunda geração”. 
Esse processo está sendo estudado e possibilita um impacto ainda menor para 
o meio ambiente, já que se utiliza de subprodutos da própria planta industrial, 
além de trazer um grande benefício econômico ao transformarum subproduto (e 
passivo ambiental) em um coproduto com valor comercial relevante. 
 Vale se ressaltar ainda que a cana de açúcar não é a única base para a 
produção do butanol de forma sustentável a partir de matérias primas de origem 
vegetal, já que a Environmental Energy, Inc (uma empresa 
americana), patenteou o processo DIRCRTM (Dual Immobilized Reactors with 
Continuous Recovery), uma rota que produz biobutanol a partir do milho, sem 
produzir acetona ou etanol. Vale se ressaltar que o milho é a principal matéria 
prima utilizada na produção de etanol nos Estados Unidos. 
 
7.5 Eteno 
O eteno ou etileno é utilizado na indústria farmacêutica (como anestésico), 
alimentícia (hormônio vegetal responsável pelo amadurecimento de frutos), de 
polímeros (produção de plástico), de combustíveis (utilizado na liquefação de 
gás natural), assim como pode ser utilizado como matéria-prima para obtenção 
de ácidos e ésteres. O material mais comumente utilizado no cotidiano, a partir 
do eteno, é o plástico PET. 
O eteno se apresenta como gás incolor à temperatura ambiente, possui 
odor levemente adocicado e é solúvel em água, éter etílico e etanol. Sua 
temperatura de fusão é de -169 oC e de ebulição é de -103 oC. 
 O eteno é obtido a partir da desidratação do etanol, catalisada por 
ácido sulfúrico e em alta temperatura, favorecendo a obtenção do eteno, 
enquanto a baixa temperatura favorece a obtenção do éter etílico. 
𝐶𝐻3𝐶𝐻2𝑂𝐻 ⟶ 𝐶2𝐻4 + 𝐻2𝑂 
 Um dos derivados mais conhecidos do eteno é o etilenoglicol, 
substância tóxica que ficou conhecida pela contaminação das cervejas da 
Backer, em 2020. O etilenoglicol é obtido a partir da hidratação do etanal, que 
por sua vez, é obtido por meio da oxigenação do eteno. 
𝐶2𝐻4 + 12𝑂2 ⟶ 𝐶𝐻3𝐶𝐻𝑂 
𝑠𝐶𝐻3𝐶𝐻𝑂 + 𝐻2𝑂 ⟶ 𝐻𝑂𝐶𝐻2𝐶𝐻2𝑂𝐻 
 
7.6 Ácido acético 
O ácido acético (ou ácido etanoico) é utilizado como intermediário químico 
em diversos setores da indústria química, como têxtil, farmacêutico, alimentício 
e de tintas, sendo o vinagre o material mais comumente utilizado no cotidiano. 
Na década de 1980, a produção de ácido acético no Brasil, a partir dos subsídios 
do Proálcool, supria toda a necessidade do país. Porém, em 1984, com a retirada 
dos subsídios, o ácido acético antes obtido por meio da alcoolquímica passou a 
ser importado. 
O ácido acético é considerado um ácido fraco, em temperatura ambiente 
se apresenta como líquido, incolor e possui odor característico de vinagre. Ele é 
totalmente solúvel em água, etanol e na maioria dos solventes orgânicos. Sua 
temperatura de fusão é de 16 oC e de ebulição é de 118 oC. 
O ácido acético é obtido a partir da oxidação do acetaldeído, que por sua 
vez, é obtido a partir da oxidação ou desidrogenação do etanol. Os processos 
convencionais de oxidação do acetaldeído envolvem a oxidação com ar de uma 
solução de ácido acético contendo 5-15% de acetaldeído, em presença de 
acetato de manganês dissolvido a 50-80 °C, sob pressão de 8-10 atm. Os 
produtos da reação são destilados e os gases, incluindo acetaldeído não 
convertido, acetato de metila, acetona, óxidos de carbono e nitrogênio, são 
removidos. É obtido ácido acético glacial. A purificação final é feita por destilação 
na presença de permanganato de potássio, dicromato de sódio ou oxidantes 
similares. O rendimento do processo é, tipicamente, de 95%. 
𝐶𝐻3𝐶𝑂𝐻 + 12𝑂2 ⟶ 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 
 
7.7 Acetaldeído 
O etanal, ou acetaldeído é conhecido comercialmente, é um aldeído que 
ferve à temperatura ambiente, solúvel em água, incolor e de cheiro 
pungente. Sua fórmula química é o C2H4O e é obtido a partir da oxidação ou 
desidrogenação do etanol. 
𝐶2𝐻5𝑂𝐻 ⟶ 𝐶2𝐻4𝑂 + 𝐻2 
𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 𝑂2 ⟶ 𝐶2𝐻4𝑂 + 𝐻2𝑂 
Tem ação conhecido no organismo humano como causador da ressaca, 
uma vez que o álcool ingerido é metabolizado em acetaldeído e este tem 
metabolização muito mais lenta no corpo, sendo nociva ao corpo em grandes 
quantidades. 
Seu principal uso na indústria química se dá na produção de ácido acético 
mas também é utilizado como intermediário na síntese de outros produtos 
químicos, na indústria alimentícia como aromatizante e conservante, solvente na 
indústria de borracha, curtimento e papel e em composições de combustível. 
 
7.8 Éter etílico 
O éter etílico é uma substância líquida volátil e altamente inflamável. 
Utilizado inicialmente como anestésico, foi abandonado pelo risco de explosão 
devido a facilidade de oxidação, sendo utilizado atualmente apenas em 
laboratórios e experiências químicas. Líquido incolor, muito móvel e de odor 
penetrante. Sua fórmula molecular é 𝐶𝐻4𝐻10𝑂. É uma substância líquida volátil 
e altamente inflamável. Utilizado inicialmente como anestésico, foi abandonado 
pelo risco de explosão devido a facilidade de oxidação. Líquido incolor, muito 
móvel e de odor penetrante. 
Para a utilização na maioria das sínteses orgânicas (por exemplo na 
preparação de reagentes de Grignard) o éter deve estar absolutamente isento 
de vestígios de agua e álcool. 
Quando em contato prolongado com o ar, o éter etílico transforma-se 
lentamente em hidroperóxidos (Et2O3H). Estes peróxidos são muito perigosos 
pois podem dar origem a explosões violentas durante as destilações. 
 
7.9 Polihidroxialcanoatos 
Os ácidos poli-hidroxialcanóicos (PHA) representam uma classe 
complexa de poliésteres de armazenamento que são sintetizados por uma ampla 
gama de diferentes bactérias Gram-positivas e Gram-negativas, bem como por 
algumas Archaea e que são depositadas como inclusões citoplasmáticas 
insolúveis. 
Dependendo do número total de átomos de carbono em um monômero de 
PHA, o PHA pode ser classificado como PHA de cadeia curta (scl-PHA; 3 a 5 
átomos de carbono), PHA de comprimento de cadeia média (mcl-PHA; 6 a 14 
átomos de carbono átomos), ou PHA de comprimento de cadeia longa (lcl-PHA; 
15 ou mais átomos de carbono). 
 
Figura 6: Síntense do PHA 
O PHA desempenha um papel fundamental na preparação de 
microrganismos para a sobrevivência ao estresse. O PHA promove a 
sobrevivência a longo prazo das bactérias em condições de escassez de 
nutrientes, atuando como reservas de carbono e energia para bactérias não 
esporuladas e esporuladas. Além disso, as bactérias que abrigam PHA 
mostraram maior tolerância ao estresse contra agressões ambientais 
transitórias, como irradiação ultravioleta (UV), calor e choque osmótico. 
Os PHAs possuem interesse comercial por serem biodegradáveis, 
biocompatíveis e podem ser sintetizados a partir de matérias-primas renováveis 
pela agricultura, sendo uma alternativa mais sustentável, ao uso dos plásticos 
de origem petroquímica. Sob o ponto de vista industrial, o copolímero com uma 
porcentagem maior de HV é mais maleável, o que aumenta suas possibilidades 
de uso pela indústria, aumentando seu valor comercial. 
7.10 Referências 
JÚNIOR, Dario. Produção de acetato de etila em biorrefinaria, uma análise de 
viabilidade. São Paulo, 2010. 61 p. Tese ( mestrado em agroenergia) - Escola de 
Economia de São Paulo - Fundação Getúlio Vargas. 
LACERDA, Camila. Síntese direta do acetato de etila a partir do etanol sobre 
catalisadores de Au, Cu e AuCu suportados em zircônia monoclínica (m-
ZrO2). São Carlos - SP, 2018. 111p. Tese (mestrado em engenharia química) - 
Universidade Federal de São Carlos. 
SILVA,G; SANTOS, J. Simulação e desenvolvimento dos eco indicadores do 
processo de produção do acetato de metila e dimetil éter a partir do 
metanol. Niterói, 2016. 11p. Projeto Final de curso graduação em engenharia química) 
- Escola de Engenharia da Universidade Federal Fluminense. 
DONÁ, Giovanna. Produção de ésteres metílicos com acetato de metila 
supercrítico em reator tubular. Curitiba, 2012. 112 p. Tese (mestrado em engenharia 
de alimentos) - Universidade Federal do Paraná. 
AGENCIA Embrapa. Documento eletrônico.disponível em 
<https://www.agencia.cnptia.embrapa.br/gestor/agroenergia/arvore/CONT000g3369uvl
02wx5ok0r2ma0n6q5y1om.html> acesso em 17/07/2021. 
SIMÕES, Jana. Produção de Butanol a partir do etanol, utilizando óxidos mistos 
de Mg e Al. Santa Maria, 2016. 134 p. Tese (mestrado em engenharia química) - Centro 
de Tecnologia da Universidade Federal de Santa Maria. 
BASTOS, V. D.; Etanol, Alcoolquímica e Biorrefinarias, Estudo Setorial, BNDES, 2007. 
CEPED – Centro de Pesquisas e Desenvolvimento. Manual Econômico da Indústria 
Química, 8ª edição, CEPED, Camaçari – BA, 2006. 
CGEE – Centro de Gestão e Estudos Estratégicos - Química verde no Brasil: 2010-2030 – 
Edição revista e atualizada, Brasília - DF, 2010. 
SCHOCAIR, A.; Alcoolquímica: Ácido Acético – Cadeia de Valores, Ciclo de Seminários, 
Escola de Química, UFRJ, 2010. 
WONGTSCHOWSKI, P.; Indústria Química: Risco e Oportunidades, 2ª ed., Edgar 
Blucher: São Paulo, 2002. 
Carlos, Alberto, and Anjos. Influência do processo de transformação na 
geração de acetaldeído e níveis residuais em embalagens de poli (etileno 
tereftalato) (pet) e em bebidas). Vol. 1, no. 3, 2007, pp. 277–290. Accessed 19 
July 2021. 
JOSÉ, Ailton; CAIO, Moreira ; TALIANI DE ANDRADE, Cesar, Purificação do 
Éter Etílico Parte I, [s.l.]: , [s.d.]. 
https://www.agencia.cnptia.embrapa.br/gestor/agroenergia/arvore/CONT000g3369uvl02wx5ok0r2ma0n6q5y1om.html
https://www.agencia.cnptia.embrapa.br/gestor/agroenergia/arvore/CONT000g3369uvl02wx5ok0r2ma0n6q5y1om.html
TAN, Giin-Yu et al, Start a Research on Biopolymer Polyhydroxyalkanoate 
(PHA): A Review, Polymers, v. 6, n. 3, p. 706–754, 2014. 
Polihidroxialcanoatos, o plástico verde e suas propriedades moldáveis - 
Departamento de Microbiologia, Departamento de Microbiologia, disponível em: 
<https://microbiologia.icb.usp.br/cultura-e-extensao/textos-de-
divulgacao/biotecnologia-e-inovacao/bioprodutos/pha-plastico-
biodegradavel/polihidroxialcanoatos-o-plastico-verde-e-suas-propriedades-
moldaveis/#:~:text=Polihidroxialcanoatos%2C%20o%20pl%C3%A1stico%20ver
de%20e%20suas%20propriedades%20mold%C3%A1veis,-
Home&text=Assim%20como%20n%C3%B3s%20humanos%20somos,reserva
%20energ%C3%A9tica%20(Figura%201).>, acesso em: 19 Jul. 2021. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://microbiologia.icb.usp.br/cultura-e-extensao/textos-de-divulgacao/biotecnologia-e-inovacao/bioprodutos/pha-plastico-biodegradavel/polihidroxialcanoatos-o-plastico-verde-e-suas-propriedades-moldaveis/#:~:text=Polihidroxialcanoatos%2C%20o%20pl%C3%A1stico%20verde%20e%20suas%20propriedades%20mold%C3%A1veis,-Home&text=Assim%20como%20n%C3%B3s%20humanos%20somos,reserva%20energ%C3%A9tica%20(Figura%201)
https://microbiologia.icb.usp.br/cultura-e-extensao/textos-de-divulgacao/biotecnologia-e-inovacao/bioprodutos/pha-plastico-biodegradavel/polihidroxialcanoatos-o-plastico-verde-e-suas-propriedades-moldaveis/#:~:text=Polihidroxialcanoatos%2C%20o%20pl%C3%A1stico%20verde%20e%20suas%20propriedades%20mold%C3%A1veis,-Home&text=Assim%20como%20n%C3%B3s%20humanos%20somos,reserva%20energ%C3%A9tica%20(Figura%201)
https://microbiologia.icb.usp.br/cultura-e-extensao/textos-de-divulgacao/biotecnologia-e-inovacao/bioprodutos/pha-plastico-biodegradavel/polihidroxialcanoatos-o-plastico-verde-e-suas-propriedades-moldaveis/#:~:text=Polihidroxialcanoatos%2C%20o%20pl%C3%A1stico%20verde%20e%20suas%20propriedades%20mold%C3%A1veis,-Home&text=Assim%20como%20n%C3%B3s%20humanos%20somos,reserva%20energ%C3%A9tica%20(Figura%201)
https://microbiologia.icb.usp.br/cultura-e-extensao/textos-de-divulgacao/biotecnologia-e-inovacao/bioprodutos/pha-plastico-biodegradavel/polihidroxialcanoatos-o-plastico-verde-e-suas-propriedades-moldaveis/#:~:text=Polihidroxialcanoatos%2C%20o%20pl%C3%A1stico%20verde%20e%20suas%20propriedades%20mold%C3%A1veis,-Home&text=Assim%20como%20n%C3%B3s%20humanos%20somos,reserva%20energ%C3%A9tica%20(Figura%201)
https://microbiologia.icb.usp.br/cultura-e-extensao/textos-de-divulgacao/biotecnologia-e-inovacao/bioprodutos/pha-plastico-biodegradavel/polihidroxialcanoatos-o-plastico-verde-e-suas-propriedades-moldaveis/#:~:text=Polihidroxialcanoatos%2C%20o%20pl%C3%A1stico%20verde%20e%20suas%20propriedades%20mold%C3%A1veis,-Home&text=Assim%20como%20n%C3%B3s%20humanos%20somos,reserva%20energ%C3%A9tica%20(Figura%201)
https://microbiologia.icb.usp.br/cultura-e-extensao/textos-de-divulgacao/biotecnologia-e-inovacao/bioprodutos/pha-plastico-biodegradavel/polihidroxialcanoatos-o-plastico-verde-e-suas-propriedades-moldaveis/#:~:text=Polihidroxialcanoatos%2C%20o%20pl%C3%A1stico%20verde%20e%20suas%20propriedades%20mold%C3%A1veis,-Home&text=Assim%20como%20n%C3%B3s%20humanos%20somos,reserva%20energ%C3%A9tica%20(Figura%201)
https://microbiologia.icb.usp.br/cultura-e-extensao/textos-de-divulgacao/biotecnologia-e-inovacao/bioprodutos/pha-plastico-biodegradavel/polihidroxialcanoatos-o-plastico-verde-e-suas-propriedades-moldaveis/#:~:text=Polihidroxialcanoatos%2C%20o%20pl%C3%A1stico%20verde%20e%20suas%20propriedades%20mold%C3%A1veis,-Home&text=Assim%20como%20n%C3%B3s%20humanos%20somos,reserva%20energ%C3%A9tica%20(Figura%201)