Escola de Engenharia de Lorena EEL-USP. Hidrólise. Prof. MSc. Marcos Villela Barcza

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1 Escola de Engenharia de Lorena EEL-USP Hidrólise Prof. MSc. Marcos Villela Barcza

2 Processos Unitários Orgânicos PU191 Prof. MSc. Marcos Villela Barcza Hidrólise 1- Introdução: Hidrólise é um termo aplicado a reações orgânicas e inorgânicas em que água efetua uma dupla troca com outro composto: XY + H 2 O KCN + H 2 O C 2 H 5 Cl + H 2 O HY + XOH HCN + KOH HCl + C 2 H 5 OH Na química orgânica, hidrólise inclui, entre outras reações, saponificação de ácidos graxos e outros ésteres, inversão de açúcares, quebra de proteínas (hidrólises enzimáticas). Por conveniência, têm sido consideradas como hidrólise a reação onde um álcali é utilizado no lugar da água, obtendo um sal alcalino de um ácido no final: H 3 C O O C + NaOH H 3 C C + H 3 C CH 2 O CH 2 CH 3 O - Na + OH O uso de álcalis em solução aquosa leva a outro tipo de reação hidrolítica, chamada fusão alcalina, onde a proporção de álcali é aumentada e a de água reduzida: SO 3 - Na + O - Na + + NaOH + Na 2 SO 3 + H 2 O Também são consideradas reações de hidrólise aquelas onde são colocados ácidos minerais em água, em pequena ou grande quantidade. Esta adição, semelhante ao álcali, invariavelmente ajuda a iniciar ou acelerar o processo de hidrólise. Outros agentes que aceleram a hidrólise, além de ácidos e álcalis, são utilizadas, mas, à exceção de enzimas, não são importantes.

3 2- Tipos de hidrólise: São conhecidos cinco tipos de hidrólise: - Hidrólise pura água é utilizada sozinha; - Hidrólise ácida: uso de ácido mineral em solução aquosa diluída ou concentrada; - Hidrólise básica: uso de álcali em solução aquosa diluída ou concentrada; - Fusão alcalina a alta temperatura: uso de álcali sem ou com pouca quantidade de água; - Hidrólise enzimática. Processos de hidrólise são realizados em fase líquida ou vapor. A maioria dos processos industriais utiliza o primeiro tipo, entretanto, existe um crescente interesse por reações em fase vapor. 3- Agentes de hidrólise: A palavra hidrólise significa decomposição pela água, mas são raros os casos em que a água, por si mesma, sem outra ajuda, pode realizar uma hidrólise completa. Neste caso é necessário operar a temperaturas e pressões elevadas. Para que a reação seja rápida e completa é sempre indispensável um agente acelerador, qualquer que seja o mecanismo da reação. Os mais importantes são álcalis, ácidos e enzimas. - Água: anidridos de ácidos, lactonas e outros anidridos como óxido de etileno são facilmente hidrolisados por água. Sais de diazônio quando aquecidos com água hidrolizam-se completamente: N N + ]Cl - OH + H 2 O (Vapor) + N 2 + HCl Ácido benzeno-sulfônico com vapor d água gera fenol e ácido sulfúrico: SO 3 H OH + H 2 O (Vapor) + H2 SO 4 Cloro-benzeno e vapor d água passando através de sílica porosa a 575 o C também produz fenol:

4 Cl OH Sílica + H 2 O (Vapor) Porosa + HCl 575 o C - Hidrólise ácida: é realizada com diversas classes de compostos orgânicos: ésteres, açúcares, amidas, etc. Ácidos clorídrico e sulfúrico são os mais utilizados mas, outros ácidos têm sido explorados. Ácidos fórmico e tricloroacético têm menor atividade, mas produzem reações mais limpas. Ácidos oxálico e benzeno-sulfônico são mais ativos que sulfúrico. - Hidrólise alcalina: podemos distinguir três classes de hidrólise alcalina. O uso de baixas concentrações de álcali na hidrólise, usado em reações de ésteres e materiais similares. Uma segunda, uso de álcali suficiente sob pressão e em alta concentração: Cl OH + NaOH aq. + NaCl + H2 O H 2 O H (Vapor) 3 C Cl + Ca(OH) 2 H 3 C OH + CaCl 2 + H 2 O E por último, fusão de materiais orgânicos com soda cáustica ou potassa. - Hidrólise enzimática: poucas operações em grande escala utilizam enzimas para efetuar hidrólise. Exemplo típico da utilização de enzima está na indústria cervejeira, a fermentação do malte é uma hidrólise por ação da amilase. Hidrólise enzimática está relacionada com a bioquímica. 4- Características das instalações industriais: Processos de hidrólise são realizados, na maioria dos casos, em batelada. Equipamentos como tanques, reatores, hidrolisadores e tubulações são de aço inoxidável para evitar corrosão provocada pela produção de oxigênio livre quando temperatura e concentração do ácido mineral elevadas. Algumas instalações utilizam-se de equipamentos com revestimento de vidro borosilicato (Pirex).

5 Instalação para obtenção de sabão Hidrólise Contínua Descrição do processo O procedimento consiste em hidrolisar a gordura, separar a glicerina e depois neutralizar os ácidos graxos com solução de soda cáustica (NaOH) ou separá-los utilizando processo de destilação fracionada a vácuo.

6 Instalação para procedimento Colgate Hidrólise contínua em contracorrente

7 Instalação para obtenção de Fenol Processo Contínuo 01 Filtro; 12 Reator de fusão alcalina; 02 Evaporador; 13 Coletor de prod. fundido; 03 Neutralizador; 14 Reator; 04 Depósito; 15 Caldeira; 05 Sulfonador; 16 Torre; 06 Depósito de benzeno; 17 Filtro prensa; 07 Depósito de óleum; 18 Separador; 08 Deposito de soda cáustica; 19 Depósito fenol bruto; 09 Refluxo; 20 Condensador; 10 Depósito de benzeno sulfonato 21 Caldeira para fenol; 11 Água; 22 Depósito fenol puro. Reações: (1) C 6 H 6 + H 2 SO 4 C 6 H 5 SO 3 H + H 2 O (2) 2C 6 H 5 SO 3 H + Na 2 SO 3 2C 6 H 5 SO 3 Na + H 2 SO 3 (3) C 6 H 5 SO 3 Na + 2NaOH C 6 H 5 ONa + Na 2 SO 3 + H 2 O (4) 2C 6 H 5 ONa + H 2 SO 3 2C 6 H 5 OH + Na 2 SO 3

8 Descrição do processo - Ácido benzeno sulfônico preparado de forma contínua em uma série de reatores que atuam em paralelo; - O ácido preparado é enviado para o neutralizador (vitrificado) que é alimentado com solução de sulfito de sódio e vapor enviados da caldeira de concentração (15); é mantido fracamente ácida a solução no neutralizador; - O anidrido sulfuroso se desprende e enviado para torre e depois conduzido para acidificar o fenóxido de sódio no reator (14); - A pasta com benzeno sulfonato de sódio e sulfito de sódio é enviado para um filtro (vitrificado) no qual é insuflado vapor para eliminar SO 2 residual; após, a pasta é centrifugada para a separação do sulfito de sódio e solução de benzeno sulfonato de sódio; - A solução de benzeno sulfonato de sódio alimenta o evaporador (2) para concentração da solução e depois enviado ao depósito (10); - A fusão alcalina ocorre no reator (12). Solução a 70% de soda é pré-aquecida, enviada para o reator e mantida sob agitação a 300 o C. É bombeado a solução de benzeno sulfonato de sódio por debaixo da superfície da soda fundida; - Durante seis horas é mantida na temperatura de o C e depois a 330 o C durante aproximadamente uma hora; - Sulfito de sódio é insolúvel na solução concentrada de soda que contém fenóxido de sódio; - Esta solução é transferida para o coletor (13) e lavada com água. Depois enviado para o reator (14) onde recebe água de lavagem usada anteriormente (16) com SO 2 para neutralização do fenóxido de sódio a fenol bruto; - O fenol bruto passa por um filtro prensa e depois para um separador de líquido; - O fenol é purificado por destilação a vácuo para retirada da parte aquosa que é reservada para um novo ciclo de fabricação.