Destilação reativa

Em algum lugar deste blog, não sei quando e nem onde, foi declarado que praticamente todas as operações unitárias poderiam ser realizadas simultaneamente com uma reação no mesmo equipamento. É o que acontece na destilação reativa. A reação é realizada num destilador que assume uma função dual, sendo ao mesmo tempo destilador e reator. Isso parece ser algo exótico e raro, mas não é. Basta colocar “reactive distillation” no google

Se a destilação for abordada como uma operação em estágios equilibrados, em cada estágio é suposto haver equilíbrio líquido-vapor e químico. Nada impede contudo o uso de estágios não equilibrados, onde as velocidades de transferência massa e de reação sejam considerados.

Considere a reação reversível que ocorre na fase líquida

onde, no equilíbrio

Ela poderia ser uma esterificação onde

Obviamente a ordem de volatilidade afeta bastante o resultado.  Admitindo que C seja mais volátil do que D, então vale a Figura a seguir

 

 

Obviamente, nada pode ser tão perfeito como mostrado acima, mas pode  chegar bem perto, quem diz isso é a lei de Le Chatelier. Basta colocar a massa cinzenta para funcionar. O resto só em literatura especializada como a listada a seguir.

Em termos de projeto as colunas de destilação reativas  é bem parecida com as não reativas. A única diferença é o acréscimo do equilíbrio químico nas equações de balanço.Os destiladores reativos pode ser usados industrialmente para realizar: eterificação (MTBE, ETBE e TAME); esterificação ou hidrolise; transesterificação; hidrogenação; hidrodesulfurização; hidrodenitrogenação; hidrocraqueamento, cloração, etc..

Como fica o pH se o solvente não for a água?

É uma situação interessante, mas incomum. A água é um solvente largamente disponível e ubíquo natureza.  Achar uma situação onde apareça uma solução não-aquosa é uma tarefa complicada.

A escala de pH é uma escala logarítmica inventada por Sorensen para servir com medida “potência hidrogeniônica” de uma solução, representada sinteticamente como pH.  Neste aspecto, se assemelha a outras escalas logarítmicas como, por exemplo, a escala Ritcher que mede a potência dos terremotos, a escala Bell que mede a potência sonora, etc.  A formula que define o pH é

No caso de soluções onde outros íons estão presente a concentração molar é substituída pela atividade e a definição de pH fica

Em qualquer caso, o que importa mesmo é a presença de H⁺ na solução. Então, todos os solventes que liberam H⁺ podem exercer o papel da água na definição da acidez e basicidade da solução via pH. Estão neste caso, além da água, o metanol, o etanol, o ácido acético, a amônia, a etilenodiamina, etc.

Considerando os exemplos acima tem-se que:

• agua

• metanol

• etanol

• ácido fórmico

• acido acético

• amônia

 

• etilenodiamina

Para calcular o valor do pH da água pura parte-se do valor da constante de dissociação a 25º C

Disto resulta que

Inserindo este valor na definição do pH resulta que o pH da água pura é 7. Então pH = 7 marca a viragem de ácido-base quando o solvente é a água.

Se o solvente for o etanol constante de dissociação a 25ºC é

Procedendo como para a água, o pH do etanol puro é 10,04, que corresponde ao ponto de viragem quando quando o solvente é o etanol. E se for o ácido fórmico? Neste caso

e o pH do ácido fórmico puro é 3,60. Para os outros vale o mesmo raciocínio.