Escola de Engenharia de Lorena
EEL-USP
Hidrólise
Prof. MSc. Marcos Villela Barcza
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 + H2O
KCN + H2O
C2H5Cl + H2O
HY + XOH
HCN + KOH
HCl + C2H5OH
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:
O
H3C
C
O
+ NaOH
O
CH2 CH3
H3C
C
-
O Na
+
+ H3C
CH2
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:
SO3-Na+
+ NaOH
O-Na+
+
Na2SO3 + H2O
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.
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
+ H2O(Vapor)
+ N2 + HCl
Ácido benzeno-sulfônico com vapor d’água gera fenol e ácido sulfúrico:
SO3H
OH
+ H2O(Vapor)
+ H2SO4
Cloro-benzeno e vapor d’água passando através de sílica porosa a 575oC
também produz fenol:
Cl
OH
+ H2O(Vapor)
Sílica
Porosa
+ HCl
o
575 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
+ NaOHaq.
H3C Cl + Ca(OH)2
+ NaCl + H2O
H2O(Vapor)
H3C OH + CaCl2 + H2O
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).
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.
Instalação para procedimento “Colgate”
Hidrólise contínua em contracorrente
Instalação para obtenção de Fenol
Processo Contínuo
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
Filtro;
Evaporador;
Neutralizador;
Depósito;
Sulfonador;
Depósito de benzeno;
Depósito de óleum;
Deposito de soda cáustica;
Refluxo;
Depósito de benzeno sulfonato
Água;
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Reator de fusão alcalina;
Coletor de prod. fundido;
Reator;
Caldeira;
Torre;
Filtro prensa;
Separador;
Depósito fenol bruto;
Condensador;
Caldeira para fenol;
Depósito fenol puro.
Reações:
(1) C6H6 + H2SO4
C6H5SO3H + H2O
(2) 2C6H5SO3H + Na2SO3
(3) C6H5SO3Na + 2NaOH
(4) 2C6H5ONa + H2SO3
2C6H5SO3Na + H2SO3
C6H5ONa + Na2SO3 + H2O
2C6H5OH + Na2SO3
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 SO2 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 oC. É bombeado a solução de benzeno sulfonato de
sódio por debaixo da superfície da soda fundida;
Durante seis horas é mantida na temperatura de 305o
310 C e depois a 330 oC 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 SO2 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.