13 abr, 2017
por admin
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Cisão de Borra

O processo de refino químico de óleos gera borras, ou seja, sabões de sódio dos ácidos graxos neutralizados. No refino de óleos brutos são removidos não apenas os ácidos graxos, mas também fosfatídios, proteínas e pigmentos e em consequência estes sabões são muito contaminados e não podem ser usados diretamente para a produção de sabões.

O processo de refino químico de óleos gera borras, ou seja, sabões de sódio dos ácidos graxos neutralizados.  No refino de óleos brutos são removidos não apenas os ácidos graxos, mas também fosfatídios, proteínas e pigmentos e em consequência estes sabões são muito contaminados e não podem ser usados diretamente para a produção de sabões.

Para que isto ocorra é necessária uma saponificação complementar da borra, posterior lavagem com água e subsequente filtração da borra lavada o que é um processo dispendioso e gera muitos efluentes.

Uma alternativa a cisão química da borra em ácidos graxos e água.  Isto resulta em um subproduto relativamente lucrativo denominado óleo ácido (acid oil).

Este óleo ácido pode ser destilado e posteriormente hidrogenado para produção de ácido esteárico, que tem um alto range de aplicações.

Porém, como efluente, temos ainda uma água muito contaminada dificultando sua disposição.  Em consequência, a cisão de borra é ainda um processo não muito aceito, embora hoje em dia em plantas contínuas esta instalação não tem mais a reputação de ser o pior ponto de geração de efluente de uma refinaria.

A composição da borra varia muito, dependendo do tipo e qualidade do óleo neutro.  O método de refino também muito significativo.  A possibilidade da borra ser cindida depende primariamente do conteúdo de gomas.  Se for muito alta em relação aos sabões, há um grande nível de emulsificação após o processo de cisão no tanque de decantação.

Isto afeta consideravelmente a separação contínua do óleo ácido e da água ácida.  Em consequência, foram feitas diversas tentativas para evitar a emulsificação das gomas.

O melhor método de evitar estas emulsões é, sem dúvida, remover virtualmente as gomas do óleo bruto antes do processo de neutralização.

Isto resulta em vantagens consideráveis em termos de qualidade da água efluente após o processo de cisão.  Se ainda o óleo bruto for degomado com ácido em estágio anterior à neutralização, as gomas e também os fosfatídios são mantidos separados dos sabões.  

Devido a não ser necessário quantidade adicional de soda para neutralizar o ácido fosfórico, o processo de cisão requer correspondentemente menos ácido sulfúrico para reduzir o valor do pH ao baixo nível necessário durante o processo de cisão e também reduz consideravelmente o conteúdo de sulfato na água efluente.

Entretanto, se o processo de degomagem ácida não for possível, é necessário tomar medidas para prevenir a emulsificação dos fosfatídios na borra.  Isto efeito através de uma saponificação em alta pressão e alta temperatura, se necessário, com adição suplementar de soda cáustica.  A figura 1 ilustra este processo de forma simplificada.

Fig 1: Cisão da borra

A borra, cujo conteúdo de matéria graxa não deve superar 15 – 20% para uma ótima cisão, é aquecida até aproximadamente 150oC em uma combinação especial de trocadores de calor inicialmente em um arranjo em contracorrente com o material saponificado e em seguida com vapor.  Uma válvula de contrapressão colocada no final do circuito de saponificação garante que os sabões sejam comprimidos até aproximadamente 10 bar pela bomba de alimentação e borra.

Fig 2: Regeneração e aquecimento

Os sabões entram em uma seção de reação nesta pressão e temperatura: a pós saponificação é efetuada nesta seção durante um tempo de aproximadamente 20 minutos.  Após a reação, os sabões são resfriados abaixo do ponto de ebulição da mistura pelo regenerador e se necessário por um trocador com água, e a sua pressão reduzida para a atmosférica.

 

Fig. 3: Unidade de saponificação

No tanque de flash que se segue, pode ser diluída com água se necessário.  Este tanque é também utilizado como tanque pulmão do processo de cisão.

A cisão tem lugar em um tanque de reação no qual os sabões são misturados com ácido sulfúrico concentrado.  O ácido sulfúrico é o mais utilizado embora que o ácido clorídrico seja também adequado.  O ácido é adicionado através de uma bomba que é conectada com um dispositivo de medição e controle de pH do tanque.  A cisão completa da borra requer um valor de pH de 2 a 3,5.  O ácido é misturado com o sabão através de um agitador um misturador resistente à corrosão.

 

Fig. 4 – Tanque de reação

Devido à violenta reação exotérmica produzida quando o ácido é adicionado, devemos tomar cuidado para que o conteúdo do tanque de reação não entre em ebulição.  A escolha do material é particularmente crítico neste ponto.  Plásticos especiais resistentes ao calor e a corrosão ou mesmo vidro podem ser utilizados para esta finalidade.

A borra saponificada é descarregada do tanque de reação no tanque de decantação, no qual o óleo ácido é separado da água ácida.  O óleo ácido, mais leve, sobe para a superfície e é descarregado continuamente em um tanque intermediário, do qual é bombeado ao tanque de estocagem.

 

Fig. 5 – Tanques de decantação

A água ácida segue continuamente a um separador de gordura através de tubulação ascendente do tanque de decantação.  Ar finamente dispersado é injetado na primeira câmara deste separador, de modo que qualquer gordura presente na água ácida atinja a superfície.  Esta gordura flotada pode ser removida de tempo em tempo e reciclada para o tanque depósito anterior à cisão.

Fig. 6 – Tanque de flotação

A água ácida desengordurada é então descarregada para o tanque de neutralização, onde é neutralizada com soda cáustica.  Um segundo medidor de pH é utilizado para regular a quantidade de soda caustica a ser adicionada.  A água neutra pode então ser misturada com os outros efluentes da fábrica.

O problema maior provocado pela água obtida no processo de cisão é o seu alto conteúdo de sal o que significa que sua disposição tal qual é virtualmente impossível em função das leis de proteção ambiental.  Neste caso, um método alternativo é a sua neutralização com cal hidratado.  Isto produz um material insolúvel que pode ser separado da água com um decanter.  Entretanto, a disposição deste material também pode ser problemática.

Fig. 7 – Tratamento dos efluentes

Em certos casos, um alto conteúdo de sulfato de sódio na água efluente pode ser indesejável, porém cloreto de sódio pode ser relativamente aceitável.  Neste caso a cisão pode ser feita com ácido clorídrico em lugar do sulfúrico.  Isto é tão eficiente quanto caro, visto que requer materiais de melhor qualidade no que diz respeito à proteção contra corrosão.

Como mencionado anteriormente, a emulsificação pode ser o maior problema quando se cinde sabões com fosfatídeos.  Embora esta emulsificação possa ser limitada pela pós saponificação, infelizmente, não pode ser evitada completamente em todas as ocasiões.  

O tanque de decantação nestas instalações é dotado de um tubo de extração.  Este pode ser usado para a extração do óleo ácido e da água ácida da emulsão tanto continua como periodicamente, e transferidos a um tanque intermediário.  Deste tanque, a emulsão é bombeada a um tanque subsequente de cisão onde é cindida em bateladas pela adição de mais ácido e vapor direto.

O odor gerado nestas instalações é extremamente desagradável e este tipo de instalação não teria permissão de funcionar, particularmente se instaladas em edificações.  Adicionalmente, o vapor gerado também contém ácido e, portanto é agressivo.  

Por estas razões, as instalações devem ser dotadas de um lavador de vapores.  Neste caso os vapores são extraídos dos tanques através de um ventilador e são lavados com água.  Este arranjo pode eliminar o problema de odor e de vapores corrosivos.

Fig. 8 – Aspiração e lavagem dos vapores

Em circunstancias normais, a qualidade do óleo ácido descarregado do tanque de decantação é adequado.  Entretanto, se uma qualidade especial for requerida em termos de conteúdo de ácido mineral, é recomendado um estágio de lavagem.

Neste caso, é adicionada água quente e misturada tão intensivamente quanto possível com os ácidos graxos e depois separadas em um decantador ou em um separador centrífugo.

Fig. 9 – Ácido graxo obtido no processo

Referências e fotos: Bielmar – Polônia; Mewaholeo – Malásia; ECO TECH SYSTEM – Brasil; WSO – Alemanha.


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