Viabilidade técnica da síntese de epicloridrina a partir de glicerol: simulação comparativa da reação crítica em três processos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Andrade, César Augusto
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16669
Resumo: Glycerol is currently a low-value commodity co-produced in large quantities in the synthesis of biodiesel, which renders its production mostly renewable. In the search for more valued substances that can be made from glycerol, epichlorohydrin stands out as the main upgrading option. This substance is a monomer of epoxy resins traditionally synthesized from propene in a particularly polluting process. The successful replacement of propene with glycerol in this synthesis, with economic and environmental gains, has motivated studies dedicated to further understand and optimize the process. This work takes place in the current research scenario as an evaluation and comparison of the technical feasibility of the synthesis through the simulation of its critical reaction, the hydrochlorination of glycerol to 1,3-dichloropropanol (1,3-DCP), in three different processes based on available literature and patents. After studying the kinetics of the reaction and choosing the best reactional model and kinetic data, the software Aspen Plus was used to simulate a process using a reactor in the CSTR model, a second process using a reactive column, and a third one combining both of these equipments in series. Departing from the operational conditions described in the references, the processes were optimized for 1,3-DCP production and equipment feasibility. The process with a CSTR proved to be the most feasible, in spite of the inferior results when compared to the claims of the reference patent, such as the yield of 68% for 1,3-DCP that was strongly limited by the volume of the reactor. The process that used exclusively the reactive column was shown to have no feasibility whatsoever due to the residence time in the column being much inferior to what would be required to yield noticeable amounts of product, which was proved by sizing the column internals. The simulation of the process that combines the two reactive equipments showed once again that the reaction virtually does not happen in the column, even when it is dimensioned beyond realistic sizes; the results got increasingly better as the production shifted towards being fully done in the CSTR, using the column solely for separation of the products. The three processes showed high performance in the purification of 1,3-DCP. The conclusions were that although feasible, the CSTR process lacks the information needed to lead the simulations to achieve the efficiency claimed in the reference patent; and that the feasibility of using a reactive column in this process depends on technical advances that allow for a larger residence time of the reagents within reasonable column sizes.
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This substance is a monomer of epoxy resins traditionally synthesized from propene in a particularly polluting process. The successful replacement of propene with glycerol in this synthesis, with economic and environmental gains, has motivated studies dedicated to further understand and optimize the process. This work takes place in the current research scenario as an evaluation and comparison of the technical feasibility of the synthesis through the simulation of its critical reaction, the hydrochlorination of glycerol to 1,3-dichloropropanol (1,3-DCP), in three different processes based on available literature and patents. After studying the kinetics of the reaction and choosing the best reactional model and kinetic data, the software Aspen Plus was used to simulate a process using a reactor in the CSTR model, a second process using a reactive column, and a third one combining both of these equipments in series. Departing from the operational conditions described in the references, the processes were optimized for 1,3-DCP production and equipment feasibility. The process with a CSTR proved to be the most feasible, in spite of the inferior results when compared to the claims of the reference patent, such as the yield of 68% for 1,3-DCP that was strongly limited by the volume of the reactor. The process that used exclusively the reactive column was shown to have no feasibility whatsoever due to the residence time in the column being much inferior to what would be required to yield noticeable amounts of product, which was proved by sizing the column internals. The simulation of the process that combines the two reactive equipments showed once again that the reaction virtually does not happen in the column, even when it is dimensioned beyond realistic sizes; the results got increasingly better as the production shifted towards being fully done in the CSTR, using the column solely for separation of the products. The three processes showed high performance in the purification of 1,3-DCP. The conclusions were that although feasible, the CSTR process lacks the information needed to lead the simulations to achieve the efficiency claimed in the reference patent; and that the feasibility of using a reactive column in this process depends on technical advances that allow for a larger residence time of the reagents within reasonable column sizes.O glicerol é, atualmente, um produto de baixo valor agregado, coproduzido em larga escala junto ao biodiesel e sendo por isso de origem majoritariamente renovável. Na busca pela transformação do glicerol em compostos de maior valor agregado (upgrading), destaca-se a síntese de epicloridrina, um monômero de resinas epóxi que é tradicionalmente sintetizado a partir do propeno em um processo notoriamente poluente. O sucesso da substituição do propeno por glicerol nesta síntese, com vantagens econômicas e ambientais, tem motivado estudos que buscam compreender melhor e otimizar o processo. Este trabalho se insere nesse cenário buscando avaliar a viabilidade técnica da reação mais crítica da síntese, a hidrocloração do glicerol a 1,3-dicloropropanol (1,3-DCP), simulando de forma comparativa três processos baseados na literatura e em patentes. Após estudar-se a cinética da reação para escolha do modelo reacional e dos dados a serem usados, foram simulados no software Aspen Plus um processo com uso de reator do tipo CSTR, um processo com coluna reativa e um processo que associa os dois equipamentos em série. Partindo das condições operacionais das referências, buscou-se otimizar os processos com foco na produção de 1,3-DCP e na viabilidade dos equipamentos. O processo com uso de CSTR mostrou-se o mais viável, apesar dos resultados inferiores ao disponível na patente de referência, como o rendimento de 68% para o 1,3-DCP limitado pelo volume do reator. O processo exclusivamente em coluna reativa foi absolutamente inviável devido ao tempo de residência na coluna ser muito inferior ao que seria necessário para o avanço satisfatório da reação, algo evidenciado pelo dimensionamento de internos da coluna. O processo que alia os dois equipamentos reativos demonstrou novamente que a reação praticamente não ocorre na coluna mesmo quando ela é dimensionada para além do realizável; os resultados ficam progressivamente melhores conforme se desloca a produção completamente para o CSTR, usando a coluna apenas para separação dos produtos. Os três processos mostraram alta capacidade na purificação do 1,3-DCP. Concluiu-se que, apesar de viável, são necessárias mais informações sobre o processo com CSTR para que as simulações atinjam a eficácia relatada na patente de referência; e que a viabilidade do uso de coluna reativa depende de avanços que possibilitem maior tempo de residência dos reagentes na coluna sem que se extrapole as dimensões realizáveis.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosEngenharia Química - EQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessGlicerolEpicloridrinaDicloropropanolColuna reativaViabilidade técnicaSimulação de processosGlycerolEpichlorohydrinDichloropropanolReactive columnTechnical feasibilityProcess simulationENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICAENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICAViabilidade técnica da síntese de epicloridrina a partir de glicerol: simulação comparativa da reação crítica em três processosTechnical feasibility of epichlorohydrin synthesis from glycerol: comparative simulation of the critical reaction in three processesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis6006004dc9699a-83dd-49ff-bccc-80051e73f3e6reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTrabalho de Graduação César Augusto Andrade EQ UFSCar.pdfTrabalho de Graduação César Augusto Andrade EQ UFSCar.pdfapplication/pdf23803041https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16669/1/Trabalho%20de%20Gradua%c3%a7%c3%a3o%20C%c3%a9sar%20Augusto%20Andrade%20EQ%20UFSCar.pdf993201fcc7f07bb15aefed1d37c74434MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16669/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52TEXTTrabalho de Graduação César Augusto Andrade EQ UFSCar.pdf.txtTrabalho de Graduação César Augusto Andrade EQ UFSCar.pdf.txtExtracted texttext/plain94https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16669/3/Trabalho%20de%20Gradua%c3%a7%c3%a3o%20C%c3%a9sar%20Augusto%20Andrade%20EQ%20UFSCar.pdf.txt7d652a2ff5b9aa6913ecb65cbbd9f325MD53THUMBNAILTrabalho de Graduação César Augusto Andrade EQ UFSCar.pdf.jpgTrabalho de Graduação César Augusto Andrade EQ UFSCar.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6900https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16669/4/Trabalho%20de%20Gradua%c3%a7%c3%a3o%20C%c3%a9sar%20Augusto%20Andrade%20EQ%20UFSCar.pdf.jpgad5d7b637161642a44809a2c1212e5c0MD54ufscar/166692023-09-18 18:32:28.551oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/16669Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:28Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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