Proposição e avaliação de processos intensificados para a produção de lactato de etila

Abstract

RESUMO: Diversos setores da indústria desenvolvem diariamente produtos essenciais para a população atual. Contudo, o aumento das preocupações ambientais e o crescimento da conscientização energética têm gerado desafios para esses setores, impulsionando o desenvolvimento de processos a partir de fontes renováveis que sejam de baixo custo, eficientes e reduzam os impactos ambientais. A implementação da intensificação de processos tem ampliado as possibilidades de adaptação de processos convencionais ou a elaboração de novos processos, redirecionando-os para uma produção mais sustentável e economicamente viável. Tecnologias nesse âmbito estão sendo aplicadas em diferentes processos de produção, como o caso da fabricação de solventes, que são amplamente utilizados na indústria. Dentre esses solventes, o lactato de etila é um éster biodegradável e não tóxico, geralmente produzido pela esterificação do ácido lático com etanol e com potencial de crescimento no mercado, sendo utilizado em diferentes campos da indústria e possibilitando a substituição de solventes conhecidos que são nocivos ao meio ambiente. Neste trabalho, visando reduzir o custo de produção desse solvente, buscando torná-lo ainda mais competitivo no mercado, foram propostas e avaliadas quatro estratégias de processos intensificados, com coluna de destilação reativa ou reativa dividida por parede sem e com recompressão de vapor, seguida de processo de destilação extrativa, para recuperação e reaproveitamento de compostos presentes no processo. Com o intuito de encontrar uma configuração para cada estrutura com o mínimo custo total anualizado (TAC), um estudo de otimização em uma estrutura caixa-preta foi desenvolvido utilizando-se os softwares Aspen Plus e MATLAB interagindo entre si pelo comando ActiveX. Como resultado, encontrou-se uma estrutura economicamente competitiva, com coluna de destilação reativa dividida por parede com recompressão de vapor seguida de processo de destilação extrativa, que apresentou redução por volta de 55% no TAC quando comparada com o resultado reportado na literatura

ABSTRACT: Several sectors of the industry develop essential products for the current population on a daily basis. However, the increase in environmental concerns and the growth of energy awareness have been generating challenges for these sectors, paving the way for the development of processes from renewable sources that are low- cost, efficient, and reduce environmental impacts. The implementation of process intensification has expanded the possibilities of adapting conventional processes or developing new ones, leading them toward more sustainable and economically viable production. Technologies in this area are being applied in different production processes, such as the manufacture of solvents, which are widely used in industry. Among these solvents, ethyl lactate is a biodegradable and non-toxic ester, usually produced by the esterification of lactic acid with ethanol and has potential for growth in the market, being used in different fields of industry and allowing the replacement of known solvents that are harmful to the environment. In this work, aiming to reduce the production cost of this solvent, in order to make it even more competitive in the market, four strategies of intensification processes were proposed and evaluated, with reactive distillation column or reactive divided wall column using or not vapor recompression technology, followed by extractive distillation process, for recovery and recycling of other components present in the process. In order to find a configuration for each structure with the minimum total annual cost (TAC), an optimization study in a black-box structure was developed using the Aspen Plus and MATLAB software interacting with each other through the ActiveX command. As a result, an economically competitive structure was found, with reactive divided wall column using vapor recompression followed by extractive distillation process, which presented a reduction of around 55% in the TAC compared to the result reported in the literature