Sulfonação e Sulfatação

Sulfonação e Sulfatação

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Em operação, o álcool ou álcool etoxilado é alimentado no reator e o ácido cloro-sulfônico, líquido, é adicionado gradualmente. Sistema de refrigeração eficiente é desejável para remover o calor gerado. A temperatura da reação não deve exceder a 25OC a fim de evitar reações paralelas, em especial processo de oxidação, que interfere principalmente na cor do produto. Ajustes na velocidade de adição do ácido cloro-sulfônico garantem a manutenção da temperatura do processo.

Ao contrário do processo anterior, com ácido sulfâmico, é necessário imediatamente após o término da reação, a neutralização do produto sulfatado com solução de hidróxido de sódio ou amônio.

Ácido Cloro-sulfônico

Composto Orgãnico

Vácuo

Água

Solução de soda ou amônio

HCl

Reator Desgaseificador

Scrubber

Solução aquosa de ácido clorídrico

Produto sulfatado de sódio ou amônio

Fase aquosa

Processo contínuo com ácido cloro-sulfônico, o composto orgânico e ácido cloro-sulfônico são continuamente misturados em um primeiro reator, semelhante ao apresentado para o processo em batelada. Após, é enviado a um equipamento chamado desgaseificador onde, um leve vácuo é aplicado para facilitar a retirada do ácido clorídrico formado. As saídas de gás são enviadas a um absorvedor gasoso (scrubber) para absorção do ácido clorídrico em água. Este processo é exotérmico necessitando de refrigeração para retirada do calor gerado, geralmente através de circulação da solução formada em um trocador de calor externo. A solução, quando atinge grau comercial (32 a 36% em peso de HCl) é retirada pelo fundo do scrubber.

O produto sulfatado ou sulfonado é enviado imediatamente para neutralização com solução de hidróxido de sódio ou de amônio. Este processo ocorre a temperatura ambiente em um equipamento que atua como neutralizador e separador orgânico. Na porção superior do equipamento é retirado a fase orgânica, produto sulfatado na forma de sal neutro de sódio ou amônio, ambos aceitos pelo mercado e, pelo fundo do equipamento, a fase aquosa, solução diluída de hidróxido de sódio ou amônio.

Ácido Cloro-sulfônico

Composto Orgãnico

HCl

Vácuo

ÁguaSolução de soda ou amônio

HCl

Reator Scrubber

Solução aquosa de ácido clorídrico

Produto sulfatado de sódio ou amônio

Faseaquosa

Óleum e ácido sulfúrico são muito utilizados em processos de sulfonação de derivados alquil benzeno e sulfatação de álcoois graxos.

Alquil benzenoÁcido SulfúricoÁcido alquil benzeno sulfônicoÁgua

São reações de equilíbrio onde há formação de água, conseqüentemente ocorre diluição do óleum e/ou ácido sulfúrico. A reação pára quando a concentração do ácido sulfúrico decresce para cerca de 90%. Este pode ser separado do produto orgânico, se neutralizado, possui entre 6 e 10% de sulfato de sódio. Quando álcoois graxos são sulfatados, ácido residual e produto sulfatado não são separados, são obtidos sulfatos de álcoois graxos de sódio com elevada concentração de sulfato de sódio.

Óleum é relativamente barato, por volta de US$ 0,15 /Kg de SO3, operam de modo contínuo ou batelada e equipamentos de baixo custo. Como principal desvantagem é um processo de equilíbrio e demanda elevado excesso de óleum ou ácido sulfúrico.

Para alquil aromáticos, os processos exigem equipamentos similares aos apresentados nos processos anteriores. Reator encamisado, fechado, de aço inoxidável ou revestido com vidro borossilicato com sistemas de agitação, aquecimento e resfriamento, também há necessidade de separador orgânico e neutralizador.

No processo em batelada, inicialmente é adicionado o alquil aromático no reator e após é colocado o óleum, lentamente. A reação é muito exotérmica e a velocidade de adição do óleum é determinante na remoção do calor gerado. A temperatura de reação é mantida constante próximo de 35OC para obtenção de produto sulfonado com pureza aceitável. Em alguns processos é necessária a circulação do meio reacional em trocadores de calor externos para uma remoção mais eficaz do calor gerado. Em função do equilíbrio de reação, há excesso de ácido sulfúrico no meio. Quando a reação é completada, ácido sulfúrico pode ser separado do alquil aromático sulfonado por adição de água, não excedendo a 10% em peso da mistura reacional. Em um separador orgânico, fase aquosa contendo ácido sulfúrico diluído e fase orgânica, com alquil benzeno sulfonado, separam-se durante aproximadamente 10 horas. Produto sulfonado é enviado para um neutralizador onde será neutralizado com solução aquosa de hidróxido de sódio.

Óleum

Composto Orgânico

Reator

Ácido Sulfúrico

Alquil aromático sulfonato desódio

Separador orgãnico

Neutralizador

O produto final pode conter ≅15% de sulfato de sódio se houver separação de ácido residual e até 60% se não houver o processo de separação, neste caso, a aplicação do produto sulfonado é limitado.

Processos de sulfonação e/ou sulfatação de alquil aromáticos também são operados de modo contínuo, utilizando equipamentos análogos aos empregados em batelada com pequenas diferenças que o modo contínuo demanda.

Ácido Sulfúrico

Composto Orgânico

Reator Água

Ácidod erivadoa romático sulfonônico

Separador orgânico

Processos em batelada da sulfonação de tolueno, cumeno ou xilenos com ácido sulfúrico concentrado, são empregados condensadores de refluxo e separadores orgânicos no topo do reator. A água formada durante a reação é eliminada imediatamente através de destilação azeotrópica e a fase orgânica é re-enviada ao reator. Com a eliminação da água, a reação é completa, sem a necessidade da utilização de excesso muito elevado de ácido sulfúrico.

Sulfonação e/ou sultatação direta com mistura ar/SO3 é um processo onde o gás SO3 é diluído em ar seco e reage diretamente com o composto orgânico. Reagente SO3 pode ser fornecido através de quatro fontes diferentes:

• Ácido sulfúrico convertido em gás SO3;

• Gás SO3 obtido a partir do aquecimento de óleum;

É uma reação rápida, exotérmica e estequiométrica:

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