A PRODUÇÃO DE ÁCIDO ACÉTICO

PRODUÇÃO DE ÁCIDO ACÉTICO

CORRÊA, M. A.1; MENDES, J. S.1; MENDONÇA R. H. ²

¹ Discente DEQ/IT/UFRRJ

² Docente DEQ/IT/UFRRJ

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RESUMO - O ácido acético (AcOH) possui diversas aplicações nas indústrias química e alimentícia, com destaque na produção de plásticos, adesivos e papéis e como sendo um importante componente do vinagre. Atualmente, o principal método de síntese industrial deste ácido é através da carbonilação do metanol, onde se destacam os processos Monsanto® e Cativa™. Neste trabalho, são apresentados dados a respeito de suas propriedades físico-químicas, processos de síntese e aplicações.

1. INTRODUÇÃO

        O ácido acético é um líquido incolor, transparente e com odor característico de vinagre. Apresenta ponto de ebulição de 118°C, ponto de fusão de 16,7°C, densidade relativa de 1,049 g/mL a 20°C e ponto de inflamação de 39°C. Possui fórmula molecular C2H4O2 e peso molecular igual a 60,05 g/mol. Este composto é miscível em água e solventes orgânicos como o álcool etílico, éter etílico, acetona, tetracloreto de carbono, glicerol e dimetil sulfóxido.

O AcOH é classificado como um ácido fraco porque quando dissolvido em uma solução aquosa não é capaz de se dissociar completamente. Apenas 1% das moléculas presentes em uma solução aquosa 0,1M de ácido acético são capazes de se dissociar, formando os íons acetato e hidrônio.

No período de 2000-2013 a demanda global de AcOH aumentou de 6 milhões para mais de 10 milhões de toneladas. O maior consumidor em 2013 foi a China, sendo que a América do Norte e a Europa representaram 30% do consumo global neste ano. Acredita-se que o continente asiático representará mais de 72% da demanda global em 2020 e deverá crescer a uma taxa anual de aproximadamente 5% para alcançar uma estimativa de 16 milhões de toneladas.

Nesses países, o aumento do consumo de AcOH é observado no crescimento das taxas de produção de seus derivados, como o monômero de acetato de vinila, ácido tereftálico purificado, acetato de etila e anidrido acético, sendo que o continente asiático continuará a ser protagonista no crescimento global desta matéria prima.

2. PRODUÇÃO INDUSTRIAL DE ÁCIDO ACÉTICO

        O primeiro grande processo sintético para a produção de AcOH foi introduzido na Alemanha em 1914 (Esquema 1), e consistia na oxidação do acetaldeído (Equação 3). Nesta época, este último era obtido a partir de duas reações. Primeiramente, o carbeto de cálcio era hidrolisado (Equação 1) gerando o acetileno, que era, em seguida, hidratado sob catálise de sais de mercúrio (II), para obter-se o acetaldeído (Equação 1). A hidratação de alcinos utilizando brometo de mercúrio (II) como catalisador foi descoberta e publicada, em 1881 pelo químico russo Mikhail Kucherov, possibilitando o desenvolvimento de processos químicos baseados no acetaldeído.

Tendo em vista, o menor custo do etileno em comparação ao acetileno, as indústrias químicas buscaram desenvolver métodos para a produção de acetaldeído a partir do etileno. Assim, a partir da década de 50, houve uma substituição da rota apresentada no Esquema 1, pelo processo Hoechst- Wacker, onde o acetaldeído é obtido pela oxidação do etileno utilizando um sistema catalítico com paládio (PdCl2/CuCl2) (Esquema 2).

Ainda na década de 50, novas rotas sintéticas com outros materiais de partida foram desenvolvidas como, a oxidação do n-butano, a oxidação do nafta (derivado do petróleo), e a mais importante e utilizada até os dias de hoje, a carbonilação do metanol (Esquema 3).

Os processos estão ilustrados na Figura 1.

[pic 1]

Figura 1 – Processos de obtenção industrial do AcOH.

O processo de carbonilação do metanol, inicialmente empregado pela BASF em 1960, utilizava um complexo catalítico com cobalto e iodeto (CoI2), e operava sob condições enérgicas, temperatura em torno de 250°C e pressão em torno de 680 atm, apresentando um

rendimento de 90% em relação ao consumo de metanol. Este processo foi intensamente estudado, visando novos sistemas catalíticos para que as condições reacionais empregadas fossem otimizadas. Em decorrência dessas pesquisas, surgiram dois importantes processos: o Monsanto®, em 1970, e o Cativa™, em 1996, que utilizam respectivamente, complexos de ródio e complexos de irídio, como catalisadores.

Atualmente, mais de 70% da produção mundial de AcOH é obtida através de alguma metodologia de carbonilação do metanol. Tendo em vista que os processos Monsanto® e Cativa™, desde o desenvolvimento até os dias de hoje, permanecem como métodos mais eficientes para a produção do AcOH, estes serão discutidos detalhadamente a seguir.

2.1. Processo Monsanto®

Na Figura 2, é representado o fluxograma de produção do AcOH através da carbonilação do metanol. Com relação à dinâmica do processo, as matériasprimas, CO e CH3OH, são fornecidas continuamente ao reator. No compartimento (1), elas reagirão na presença do sistema catalítico (Rh/I-), sob temperatura de 180 °C e 30-40 atm, para formar o AcOH.

A mistura reacional segue para o tanque flash (2). Neste compartimento, a redução da pressão faz com que a maioria dos componentes mais voláteis seja vaporizada, incluindo o AcOH, enquanto o catalisador permanece em solução e é reciclado, retornando ao reator. É importante salientar, que a redução da pressão parcial de CO interfere na estabilidade do complexo de ródio, ocasionando a perda de ligantes CO e a formação de espécies insolúveis como o RhI3.

Concomitantemente, a mistura volátil segue através de uma saída na porção superior do tanque para a primeira coluna de destilação (3). Nesta coluna é feita a separação de impurezas “leves”, que são as mais voláteis, como o iodeto de metila e o acetato de metila. Na coluna (4) ocorre, principalmente, a remoção de água e, na última coluna (5), são removidas as impurezas “pesadas”, e os voláteis, como o ácido propiônico.