Estudo laboratorial da lavagem alcalina do mononitrobenzeno

Palavras-chave: Mononitrobenzeno,Lavagem Alcalina,Amónia,Carbonato de Amónio,Dinitrofenol,Trinitrofenol,Mononitrobenzene,Alkaline Washing,Ammonia,Ammonium Carbonate,Dinitrophenol,Trinitrophenol

A produção do mononitrobenzeno (MNB) por nitração adiabática do benzeno é, desde longa data, um processo bem estabelecido e de grande relevo para a indústria química. O rendimento deste processo é superior a 99%, mas as reações secundárias conduzem à formação de subprodutos, nitrofenóis que, apesar de registarem muito baixas concentrações, comprometem as especificações do mononitrobenzeno e devem ser removidos. Na fábrica de nitração adiabática da CUF-QI a lavagem do dinitrofenol (DNF) e do trinitrofenol (TNF) do mononitrobenzeno é levada a cabo através de um processo de extração-reativa em meio alcalino. Apesar de esta técnica estar já bem enraizada na prática industrial, é ainda uma etapa do processo pouco estudada. Para colmatar a ausência de informação foi proposta a realização de dissertação de mestrado sobre o processo de lavagem alcalina na fábrica de mononitrobenzeno da CUF-QI. Esta tem como fim último a otimização da utilização do agente de lavagem - a amónia. O trabalho experimental foi realizado à escala laboratorial com reprodução das condições fabris de lavagem alcalina do mononitrobenzeno. A extração alcalina decorreu a temperatura controlada e foi avaliada a influência da concentração do agente extrator, a amónia, na água de lavagem do processo. Nesta água, a concentração de carbonato de amónio tem significado e o seu contributo para a eficiência da extração foi também analisado. A lavagem alcalina é um processo de extração líquido-líquido que envolve reação. A adição de uma base, a amónia, neutraliza os ácidos orgânicos (nitrofenóis) insolúveis em água, promovendo a formação de sais – os nitrofenolatos de amónio – que se comprovou apresentarem maior afinidade com a fase aquosa do que com a fase orgânica (MNB), o que viabiliza a sua extração. Neste trabalho verificou-se que o aumento da percentagem de amónia na água de lavagem conduz a tendências distintas na extração dos dois nitrofenóis: aumenta a eficiência de remoção do DNF prejudicando a extração do TNF. De uma forma geral, a presença de carbonato de amónio, formado durante o processo, prejudica a lavagem alcalina. Apesar de ser uma fonte adicional de amónia, o efeito do ião comum conduz a uma diminuição na eficiência da lavagem de nitrofenóis, que é tanto menor quanto maior a quantidade destes compostos na água de lavagem. Os resultados obtidos mostram que a extração de dinitrofenol é mais sensível à concentração dos agentes de lavagem alcalina. A lavagem do trinitrofenol é tanto mais eficiente quanto menor a concentração de amónia e/ou de carbonato de amónio na água de lavagem. Em condições de teor em amónia inferior ao mínimo recomendado pelo licenciador verificou-se ser possível remover nitrofenóis com eficiência de cerca de 80%. No caso do dinitrofenol, nesta gama de concentrações o aumento da concentração de carbonato de amónio na água de lavagem traduz-se numa melhor remoção deste composto. O melhor compromisso obtido na lavagem dos dois nitrofenóis foi conseguido conjugando as concentrações de amónia e de carbonato de amónio na água de lavagem. Como previsto a eficiência desta operação atingiu valores superiores para o dinitrofenol, 96%, comparativamente ao trinitrofenol, 83%. Com este estudo comprovou-se que quanto menor a concentração em carbonato de amónio melhor a lavagem dos dois nitrofenóis, e que cada um dos nitrofenóis exige diferentes concentrações de amónia na água de lavagem. De salientar que estes resultados foram obtidos num estágio único de extração enquanto o processo industrial inclui vários lavadores alcalinos. Assim, considera-se que a informação recolhida neste estudo poderá contribuir para a melhoria do desempenho do processo de lavagem alcalina na CUF-QI.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias