Substituição do aço inoxidável em uma coluna de destilação por material polimérico de menor custo
Abstract
A produção de etanol em pequena escala, com capacidade máxima de 5.000 L/dia, enfrenta sérios problemas relativos ao baixo rendimento do processo, decorrentes da baixa extração da matéria-prima, da ineficiência de separação do etanol presente no fermentado e também do elevado consumo energético. Outros pontos a destacar, envolvendo esta atividade, são os altos custos econômicos associados à mão de obra, especialmente ao processo de destilação, e o investimento elevado para a fabricação das colunas de destilação. Em decorrência dos motivos acima, o presente trabalho tem por objetivo propor um novo conceito de colunas de destilação de baixo custo, através da substituição do aço inoxidável por um material polimérico. Essa ideia tem como intuito promover a redução de custos do equipamento e auxiliar no desenvolvimento da produção de etanol em pequena escala. A parte experimental consistiu inicialmente na escolha de nove materiais poliméricos, com base nos custos, sendo eles: poliamida 6,0 (PA 6,0), polipropileno (PP), polietileno de alta densidade (PEAD), policloreto de vinila (PVC), policarbonato (PC), polimetacrilato de metila (PMMA), baquelite, poliuretano (PU) e o compósito de resina poliéster insaturado reforçado com 30% de fibra de vidro (PRFV). Em seguida, os mesmos foram submetidos a ensaios de resistência química em contanto com etanol, de acordo com a norma ASTM D543, nas temperaturas de 90°C e 115°C. Através da determinação do grau de inchamento e aumento de área, constatou-se que as amostras amorfas apresentaram o pior desempenho, já as amostras semicristalinas de PP e PEAD juntamente com o compósito PRFV foram as que apresentaram as melhores respostas. Desta forma, os materiais com melhor performance na seleção inicial (PP, PEAD e PRFV), foram submetidos a novos ensaios de resistência química, em contato com etanol em diferentes concentrações, sendo elas de 85% e 96%, e em diferentes temperaturas, de 90 e 115°C. As amostras ensaiadas com etanol em 85% foram caracterizadas por DRX, FTIR e ensaiadas mecanicamente por testes de flexão a 3 pontos. Já as amostras ensaiadas com etanol 96% foram analisadas pelas técnicas já referidas e também por DSC. Os resultados obtidos para os materiais em ambas as concentrações foram satisfatórios, demonstrando uma boa resposta dos polímeros PP e PEAD, em razão do seu comportamento que apresentou uma pequena difusão do etanol. Além disso, apresentaram resultados bastante satisfatórios nos ensaios mecânicos. Já o PRFV apresentou uma perda de massa após os ensaios de resistência química, podendo ser ineficiente como um material construtivo de colunas de destilação, devido a queda bastante expressiva de sua tensão máxima de flexão após o contato com etanol, em ambas as concentrações. Além disso, foi avaliada a atratividade econômica da ideia proposta nesse trabalho, sendo que os resultados obtidos demonstraram uma redução bastante positiva dos custos envolvidos na construção de uma coluna de destilação polimérica.
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