Otimização e análise técnico-econômica da produção de 5- hidroximetilfurfural a partir da glicose

Abstract

A busca pela diminuição do impacto ambiental e possíveis reduções das reservas de recursos fosseis tem incentivado o desenvolvimento de alternativas e tecnologias sustentáveis. Nesse sentido, a biomassa lignocelulósica constituída de resíduos agroindustriais e material orgânico vem se destacando como fonte de matéria prima para obtenção de compostos químicos provenientes do petróleo e utilizados em polímeros e compostos químicos valiosos. O 5-hidróximetilfurfural (HMF) é um composto químico de plataforma obtido a partir da biomassa e utilizado para fazer a conexão entre biomassa e os produtos provenientes de recursos fosseis. Apesar de sua ampla aplicabilidade problemas associados à sua síntese atrapalharam sua maior utilização, nesse cenário a utilização de programa computacional destaca-se, pois pode ser empregado na simulação e otimização de processos químicos, assim, avaliando os fatores e encontrando parâmetros que minimizem os custos associados à sua produção. Nesse trabalho foram simulados quatro sistemas com configurações distintas, a otimização destes sistemas foi realizada a partir da minimização da função objetivo que calcula o custo total anual do processo por intermédio do programa computacional Aspen Plus ® v.11, além disso, foi realizada a viabilidade econômica do processo. A partir da otimização dos sistemas foi possível obter em três sistemas o HMF a 1,00 $.kg -1 , preço competitivo em relação a compostos oriundos do petróleo, e ainda foi possível obter o coproduto ácido levulínico com preços inferiores à 5,00 $.kg - 1 , menores que os praticados atualmente no mercado, mostrando-se assim viáveis economicamente. Dentre os custos operacionais, os provenientes da glicose geraram maior efeito em seu valor, já em relação aos custos dos equipamentos, os reatores e colunas de destilação foram os que causaram maior influência. Palavras-chave: 5-Hidroximetilfurfural. Otimização de processos. Análise econômica.The search for the reduction of the environmental impact and possible reductions in reserves of fossil resources has encouraged the development of alternatives and sustainable technologies. In this sense, lignocellulosic biomass consisting of agro- industrial waste and organic material has been standing out as a source of raw material for obtaining chemical compounds from petroleum and used in polymers and valuable chemical compounds. 5-hydroxymethylfurfural (HMF) is a chemical platform compound obtained from biomass and used to cause the connection between biomass and products from fossil resources. Despite its wide applicability, problems associated with its synthesis hindered its greater use, in this scenario the use of a computer program stands out, as it can be used in the simulation and optimization of chemical processes, thus, evaluating factors and finding parameters that minimize costs associated with its production. In this work, four systems with different configurations were simulated, the optimization of these systems was performed from the minimization of the objective function that calculates the total annual cost of the process through the computer program Aspen Plus ® v.11, in addition, the feasibility was performed cost-effectiveness of the process. From the optimization of the systems, it was possible to obtain in three systems the HMF at 1.00 $.kg -1 , a competitive price in relation to compounds from petroleum, and it was also possible to obtain the co-product levulinic acid with prices below 5, 00 $.kg -1 , smaller than those currently practiced in the market, thus proving to be economically viable. Among operating costs, those from glucose had the greatest effect on its value, whereas in relation to equipment costs, reactors and distillation columns had the greatest influence. Keywords: 5-Hydroxymethylfurfural. Process optimization. Economic analysis.