Processos Orgânicos P1

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Processos Orgânicos – P1
NITRAÇÃO
Qual a importância do H2SO4?
O H2SO4 atua como ácido na sua mistura com HNO3 promovendo uma ionização forte e grande liberação de NO2+ que é o agente nitrante. Essa alta disponibilidade de NO2+ é responsável pela alta produtividade e rendimento da nitração. O H2SO4 não atua como agente na nitração e é regenerado no final.
Porque usar ácido misto ao invés de HNO3 concentrado?
HNO3 concentrado é menos eficiente na nitração porque promove menor disponibilidade de NO2+, pois se dissocia em H2NO3+ e NO3- e, em seguida, o H2NO3+ reage com H2O formando NO2+, então há uma parcela de ácido nítrico que não gera o agente nitrante (NO2+) tornando a reação menos produtiva. Na presença de H2SO4 o HNO3 é ionizado diretamente a NO2+.
Porque o H2SO4 deve estar a uma concentração de 96%?
A concentração ideal de H2SO4 é de 96% para promover a maior ionização possível do HNO3 e, conseqüentemente, a maior disponibilidade de agente nitrante, NO2+. Concentrações inferiores a 90% são pouco eficientes devido à maior presença de água gerar íons NO4-, que não é o agente. E em concentrações maiores que 96% começa a haver interação entre o H2SO4 e o nitroderivado que desfavorece a reação pois reduz o H2SO4 atuando na ionização do HNO3, ou seja, reduz a disponibilidade de íons NO2+.
Qual a função e vantagem do concentrador a vácuo?
O concentrador a vácuo é utilizado para remoção da água presente na corrente de H2SO4 diluído do processo tornando-o novamente concentrado, o que possibilita uma otimização da planta ao permitir que seja reutilizado no preparo do ácido misto. 
Quais as vantagens da Pre Nitraçao?
Na Pré Nitração é possível reaproveitar HNO3 remanescente nas correntes de ácido exausto provenientes da mononitração e da dinitração, recuperar alguma parcela de produto que possa ter sido carreado por essas mesmas correntes na saída dos decantadores e, além disso, a pré nitração auxilia operacionalmente ao start up da planta. A recuperação ocorre porque o nitroderivado tem mais afinidade com o tolueno do que com a fase inorgânica.
Porque usar 2 reatores em série na mononitração?
Utilizam-se dois reatores em série, pois possibilita elevar a produtividade uma vez que a reação pode ser concluída no segundo reator enquanto o primeiro já recebe nova alimentação. Além disso, reduz o volume reacional dos reatores, apenas 1 significaria utilizar o reator Biazzi (mais sofisticado e caro) com um volume muito maior, aumentando os custos da planta.
Você recomendaria o uso do reator Biazzi na Pré Nitração?
Não, pois na pré nitração a reação é muito mais branda, libera menos calor, então não exige um reator tão sofisticado como o Biazzi com sistema de resfriamento por serpentinas. Biazzi é indicado para reatores onde ocorrem elevadas taxas de conversão.
Porque é fundamental fazer o controle da temperatura na mononitração?
Para evitar a formação de isômeros meta que começam a ser favorecidos em temperatras maiores e, além disso, evitar a polinitração que pode gerar TNT que é altamente explosivo.
Porque na dinitração as condições de reação são mais severas?
Porque precisamos de maior temperatura e tempo de residência para favorecer a entrada do segundo grupo nitro uma vez que a concentração de HNO3 já esta reduzida e a presença do primeiro NO2 é fortemente desativante.
10) É possível eliminar a etapa de lavagem com agua de processo após a dinitração?
Não. Porque nessa etapa é retirada água ácida, se isso não oocorresse seria necessário usar maior quantidade de NaOH na Lavagem Caustica. Como NaOH não é regenerativo e possui alto custo isso não seria vantajoso para o processo. Além disso, não haveria a reutilização da água de processo que minimiza o impacto ambiental.
11) Porque adicionar DNT puro em DNT bruto?
Pois a adição de DNT puro propicia uma melhor concentração de DNT e csq torna a interface melhor, facilitando a separação das fases no decantador. (Essa é uma etapa opcional e pouco utilizada).
12) Porque é usada uma corrente de agua quente na lavagem aquosa? 
A última lavagem aquosa serve para retirar o excesso de alcalinidade. A corrente de água é aquecida porque evita a cristalização mantendo o produto fundido, o que é importante para manter o escoamento.
13) Qual o efeito da adição de HNO2 (ácido nitroso) do processo de produção de DNT?
Na utilização de ácido misto atua como inibidor, pois o HNO2 reage com o HNO3 liberando NO3-, que não é o agente nitrante e NO+ que é menos reativo do que o NO2+. Reage também com o H2SO4 liberando NO+
Efeito Inibidor. Pois o grupamento Nitrozil (NO+) formado é mais fraco eletrofílicamente do que o NO2+.
AMINAÇÃO
Cite 5 otimizações / soluções operacionais na etapa de redução no processo de redução por hidrogenação catalítico.
- Emprego de tanques intermediários interligados ao longo do processo. Têm função principal de estocagem das correntes entre duas etapas, de modo a garantir a continuidade do processo caso ocorra alguma falha no processo/equipamento seguinte. Além disso, alguns tanques possuem funções complementares em determinadas etapas do processo, podem apresentar agitador a fim de manter a suspensão homogeneizada e evitar a decantação e podem possuir introdução de gás inerte (N2) a fim de expulsar o O2 presente e evitar, então, a oxidação do produto.
- Aplicação de trocadores de calor antes dos tanques intermediários para aquecimento da corrente e conseqüente redução de sua densidade e viscosidade, as quais aumentam devido a formação da lama.
- Reutilização da água liberada no primeiro evaporador e na primeira coluna de destilação como água de processo, utilizada no dispersor e como água de lavagem no filtro. Para utilização no dispersor a água deve ser resfriada para não entrar no sistema com temperatura superior a de operação e provocar a formação de subprodutos. Para utilização no filtro a água deve ser deionizada previamente para evitar formação de subprodutos da hidrogenação que poderia ocorrer com os íons.
-Camisa de Resfriamento para controle da temperatura em ambos os reatores a fim de garantir a estabilidade térmica do produto, pois a reação é exotérmica e a amina é instável termicamente. No primeiro reator ainda se faz necessário o emprego de um trocador de calor além da camisa, pois nele ocorre ~75% da reação;
- Purga do H2 para remover a fração de suspensão líquida que possa ser carreada por ele na saída dos reatores devido a elevada pressão de operação. O H2 é utilizado em excesso, mas antes de ser reciclado à alimentação passa por uma descompressão a fim de condensar as impurezas e eliminá-las e em seguida por uma compressão para, então, introduzi-lo na corrente de alimentação evitando assim que se acumulem impurezas na corrente gasosa.
Qual a importância dos tanques intermediários no processo?
São necessários para garantir a continuidade do processo em caso de alguma falha/limpeza/manutenção. Por exemplo, é comum que ocorra entupimento do filtro, para sua limpeza não é necessário que a planta pare de funcionar, pois os tanques armazenam o produto nesse intervalo de tempo, a parada de produção implicaria em custos extras e diminuição da produtividade.
Qual a função do dispersor? 
Preparar a massa reacional favorecendo a interação entre DNT e cat; não ocorre reação pois não há H2 nem pressão suficiente.
Porque usar Evaporador ao invés de coluna de Destilação na última etapa do processo?
Nessa última etapa de separação pretende-se separar o produto (2,4 e 2,6 TDA) do resíduo. O evaporador é um equipamento mais barato é satisfatório nessa etapa, pois há uma diferença considerável entre os pontos de ebulição do resíduo e do produto, o qual está presente em quantidade reduzida. Além disso, o evaporador promove menor desgaste do produto, enquanto que na destilação há muitas trocas de temperatura, presença do refervedor e condensador, que propiciam a degradação do TDA.
Porque usar destilação a vácuo?
Para possibilitar operação em temperaturas menores, evitando a degradação do produto, a sinterizaçãodo catalisador e reduzindo as reações colaterais
Porque usar água deionizada para lavagem do filtro?
A presença de íons acarretaria na formação de subprodutos decorrentes de hidrogenação, o que dificulta e encarece o processo de separação, purificação da amina.
OXIDAÇÃO
1) Porque no processo de obtenção do óxido de etileno é usado oxigênio diluído?
O oxigênio puro é mais reativo, portanto mais propicio de promover oxidações totais gerando CO2. A utilização do O2 diluído facilita o controle da oxidação para obtenção do oxido de etileno (produto de oxidação parcial)
2) Como é feito o controle da temperatura dentro do reator de oxidação?
Controle de temperatura é feito através de um óleo refrigerante que sai do reator com temperatura muito elevada, portanto, é levado um sistema de recuperação de calor onde resfria ao trocar calor com água e gera vapor para utilização em outros pontos da fabrica.
3) Porque usar óleo de resfriamento e não água?
Porque nesse processo as temperaturas alcançam níveis muito elevados e a utilização da agua não seria suficiente para resfriar o sistema, é necessário utilizar fluidos mais eficientes como os óleos e a salmoura.
4) Como abrandar a formação de CO2 no processo?
Para reduzir a formação de CO2, subproduto majoritário do processo, deve-se controlar fortemente a temperatura, pressão e tempo de residência a fim de evitar essa oxidação completa da carga. É possível adicionar alguns PPM de inibidores, como o dicloroetileno, que inibe a formação de CO2, mas também pode reagir com o catalisador o desativando e prejudicando a reação principal
5) Porque utilizar uma Torre de Absorção de C2H4O e não uma Destilação?
Porque os pontos de ebulição são muito próximos. O oxido de etileno é separado dos demais gases, provenientes do reator, ao entra em contato com a água, proveniente da coluna de separação, devido a sua alta solubilidade em água. Na torre de Absorção o processo contracorrente é favorecido pelo gradiente de concentração e isso favorece a taxa de conversão.
6) Porque depois da Torre de Absorção de C2H4O é possível fazer a separação por Destilação?
Porque nesse momento a diferença de pontos de ebulição (água 100º C e óxido de etileno 50º celsius) já se tornou significativa. Mas como não é uma grande diferença o produto de topo carrea produto de fundo e vice versa.
7) É possível usar o Gás que sai da Torre de Absorção de C2H4O para realimentar o reator?
Não. Porque esse gás possui grande quantidade de CO2. Se fizesse isso iria acumular muita quantidade do gás nesse reator. Por isso é fundamental passar por uma coluna de Absorção de CO2 para posteriormente retornar o gás para o reator.
8) Porque o CO2 não é absorvido juntamente com o C2H4O?
Porque o CO2 necessita de condições especiais para ser absorvido: água fria e pressurizada. Esse CO2 que sai da coluna regenerado pode ser usado para venda.
9) Quais as formas de minimizar a energia gasta nesse processo?
Um aproveitamento energético ocorre no Reboiler, pois para retirar calor do óleo de refrigeração é formado vapor d’água que pode vir a ser usado no próprio processo.
-Entre a torre reabsorvedora de CO2 e a Torre de Separação há um circuito fechado de H2 para não haver perdas.
- A corrente fria que sai da coluna de absorção troca calor com a corrente quente que sai da regeneradora.
Deminster na coluna de absorção é usado para reter o material líquido que está sendo arrastado pelo gás.