Lavagem de Mononitrobenzeno com Água Rica em Nitrofenóis

Abstract

O mononitrobenzeno (MNB) é obtido através da nitração do benzeno, tendo como subprodutos, para além do dinitrobenzeno, os nitrofenóis, mais especificamente o 2,4-dinitrofenol (DNF) e o 2,4,6-trinitrofenol (TNF). O MNB, que na indústria química é um produto intermediário, deve cumprir as especificações requeridas pelas suas utilizações a jusante. Assim, o MNB que sai dos nitradores é submetido à purificação por um processo de lavagem por extração-reativa em meio alcalino, onde são removidos os nitrofenóis. A água de lavagem resultante, rica em nitrofenóis, e que representa um perigo para a saúde humana e para os ecossistemas, tem como fim a incineração, mas, dado o seu elevado teor em água, é antes submetida a um processo de concentração. Neste trabalho, estudou-se a possibilidade de suprimir a etapa de concentração de nitrofenóis, por alteração das condições operatórias da lavagem alcalina, garantindo a especificação da corrente de entrada no incinerador.Estando previsto que um dos parâmetros a alterar seja a temperatura de operação do lavador, recorreu-se a amostras de água rica em nitrofenóis com diferentes concentrações, para avaliar a temperatura de formação de cristais de nitrofenóis e a sua dissolução. Confirmou-se a influência da composição da água rica nos dois fenómenos. Tanto a temperatura de formação de cristais como a de dissolução aumentaram com o aumento da concentração de nitrofenóis. Para uma amostra de água de lavagem numa concentração habitual nesta indústria, com concentração em NFs de 9.8, as temperaturas obtidas foram de 0.58 para a formação muito significativa de cristais e 0.90 para a sua total dissolução. Já para uma concentração de cerca de 31.4, estas mesmas temperaturas foram 1.00 e 1.13, respetivamente. A eficiência de extração do lavador do processo também foi avaliada ao longo de um dia operação, através da recolha e caracterização de amostras das correntes de entrada e saída. Registou-se uma maior eficiência de lavagem do dinitrofenol face ao trinitrofenol. A influência da variação da concentração de nitrofenóis, tanto na água de lavagem como no MNB, foi estudada em ensaios de extração realizados em laboratório. Verificou-se que o aumento da quantidade de nitrofenóis na água de lavagem conduziu a uma, pouco significativa, diminuição das eficiências de extração, sendo esta variação mais evidente para o TNF. Atualmente o primeiro lavador alcalino opera à temperatura de 1.17 e pretendeu-se estudar a viabilidade de um aumento de temperatura em 0.17 para evitar a formação de cristais de nitrofenóis, se o lavador vier a trabalhar com concentração em NFs mais elevada. Recorrendo ao Aspen Plus V12.1, e assumindo uma proporção 9:1 da mistura MNB/benzeno, obteve se um intervalo para a temperatura de ebulição de 142 °C (bubble-point) a 204 °C, (dew-point). Este foi um primeiro passo de um estudo mais aprofundado que permita garantir estarem reunidas condições de operação em segurança utilizando apenas um lavador alcalino no processo e enviar o efluente para incineração.

Mononitrobenzene (MNB) is obtained by the nitration of benzene, having nitrophenols (NFs) as by-products: 2,4-dinitrophenol (DNF) and 2,4,6-trinitrophenol (TNF), in addition to dinitrobenzene. Mononitrobenzene, which is an intermediate in the chemical industry, must meet the specifications required for its downstream uses. Thus, the MNB that comes out of the nitrators undergoes a reactive extraction process in alkaline medium, where the nitrophenols are removed. The resulting washing water, rich in nitrophenols and an hazard for human health and ecosystems, is incinerated. Due to its high water content, it is first subjected to a concentration process. In this work, we studied the possibility of suppressing the nitrophenol concentration step by changing the operating conditions of the alkaline washing, guaranteeing the specification of the inlet current in the incinerator.Since it is expected that one of the parameters to be changed is the operating temperature of the washer, samples of water rich in nitrophenols with different concentrations were used to assess the temperature of crystallization and dissolution of the nitrophenols. The influence of the composition of the water rich in nitrophenols on both phenomena was confirmed. Both the crystal formation and dissolution temperatures increased with increasing nitrophenol concentration. For a sample of washing water at a usual concentration in this industry, with a concentration in NFs of 9.8, the temperatures obtained were 0.58 for a very significant formation of crystals and 0.90 for their complete dissolution. For a concentration of about 28.6, these temperatures were 1.00 and 1.13, respectively.The extraction efficiency of the process washer was also evaluated over a day of operation through the collection and characterization of samples of the inlet and outlet streams. A higher washing efficiency of dinitrophenol compared to trinitrophenol was registered. The influence of variation in the concentration of nitrophenols, both in the washing water and in the MNB, was studied in extraction tests carried out in the laboratory. It was confirmed that the increase in the amount of nitrophenols in the washing water led to a minor decrease in extraction efficiencies, this variation being more evident for TNF.Currently, the first alkaline washer operates at a temperature of 1.17 and it was intended to study the feasibility of a temperature increase of 0.17 to avoid the formation of nitrophenols crystals if the washer were to work with higher concentration in NFs. Using Aspen Plus V12.1, and assuming a 9:1 ratio of MNB/benzene in the mixture, a boiling point 142 °C (bubble-point) and a dew-point of 204 °C were obtained. This was a first step in a more in-depth study to ensure that safe operating conditions are met, using only an alkaline washer in the process and sending the effluent for incineration.