[pt] Sabe-se que o coagulante sulfato férrico pode ser obtido através da reação de oxidação entre sulfato ferroso e peróxido de hidrogênio em meio ácido. Porém, o método conhecido de obtenção deste coagulante em escala industrial utilizando o peróxido de hidrogênio como agente oxidante não proporciona condições
economicamente atrativas, frente aos demais processos. Este potente agente oxidante sofre forte influência da temperatura e da presença de íons ferro no seu processo de auto decomposição em água e oxigênio. Pode-se considerar que as condições do meio reacional, na etapa de adição do agente oxidante, são os fatores determinantes para a produção do coagulante férrico com o maior aproveitamento do peróxido de hidrogênio adicionado. O presente trabalho teve como objetivo investigar as condições necessárias para a produção do coagulante férrico utilizando o peróxido de hidrogênio, em um processo economicamente competitivo. A pesquisa foi fundamentada nas técnicas de planejamento de experimentos e otimização de
processos. A modelagem matemática do processo possibilitou a definição da magnitude dos parâmetros a serem utilizados otimizando o processo e a especificação das características desejadas do produto final. As variáveis independentes estudadas na modelagem matemática foram: temperatura (7,5 – 27,5 graus celsius), quantidade de peróxido de hidrogênio (100 – 300 porcento) referente à sua quantidade estequiométrica e a diluição do meio utilizando água (100 – 300 porcento) referente à sua quantidade estequiométrica. As quantidades estequiométricas dos reagentes foram determinadas visando ao atingimento das especificações de um coagulante férrico comercial. O modelo desenvolvido foi sobre a Conversão de Fe2(+) em Fe3(+) (porcento) e avaliado através da Análise da Variância (ANOVA). As condições ótimas escolhidas para o ponto ótimo foram: temperatura igual a 17,5 graus celsius, 150 porcento da quantidade estequiométrica de peróxido de hidrogênio e 200 porcento da quantidade
estequiométrica de água. A resposta da etapa de otimização indicou uma conversão de 96,17 porcento de Fe2(+) em Fe3(+), resultando em um coagulante dentro dos padrões especificados por norma técnica. O modelo matemático obtido previu uma conversão de 96,13 porcento de Fe2(+) em Fe3(+), resultando em um erro percentual de 0,043 porcento entre o resultado predito pelo modelo matemático e o resultado experimental. As análises das superfícies de resposta e da quantidade de peróxido de hidrogênio residual em solução indicaram que o controle do processo em baixas temperaturas contribui para o melhor aproveitamento do peróxido de hidrogênio na conversão de Fe2(+) em Fe3(+), devido à desaceleração da auto decomposição incitada pelo fator temperatura. A análise do potencial de redução ao longo da reação em função do perfil de conversão mostrou que conversões acima de 90 porcento de Fe2(+) em Fe3(+) apresentaram potencial redox (Eh) correspondente acima de 0,70 Volts, indicando a possibilidade da utilização deste parâmetro no controle da conversão em processos industriais. / [en] It is known that the coagulant ferric sulfate can be obtained by the oxidation reaction of ferrous sulfate with hydrogen peroxide in acidic medium. However, the known method of obtaining this coagulant on an industrial scale using hydrogen peroxide as an oxidizing agent do not provide economically attractive conditions compared to other processes. This potent oxidizing agent undergoes strong influence
of the temperature and the presence of iron ions in its process of self-decomposition in water and oxygen. It can be considered that the conditions of the reaction medium in the step of adding the oxidizing agent are the determining factors for the production of the ferric coagulant with the greatest use of the added hydrogen peroxide. The present work had the objective of investigating the necessary conditions for the
production of the ferric coagulant using the hydrogen peroxide as an economically competitive process. The research was based on the techniques of factorial design and process optimization. The mathematical modeling of the process allowed the definition of the magnitude of the parameters to be used, optimizing the process and specifying the desired characteristics of the final product. The independent variables
studied in the mathematical modeling were: temperature (7,5 – 27,5 celsius degrees), amount of
hydrogen peroxide (100-300 percent) relative to its stoichiometric amount, and dilution of the medium using water (100-300 percent) relative to its stoichiometric amount. The stoichiometric quantities of the reactants were determined in order to reach the specifications of a commercial ferric coagulant. The model developed was on Conversion of Fe2(+) to Fe3(+) (percent) and evaluated through Analysis of Variance (ANOVA). The optimum conditions chosen for the optimum were: temperature equal to 17,5 Celsius degrees, 150 percent of the stoichiometric amount of hydrogen peroxide and 200 percent of the
stoichiometric amount of water. The optimization of the response surfaces indicated a conversion of 96.17 percent Fe2(+) to Fe3(+), resulting in a coagulant within the characteristics specified by the technical standard. The obtained mathematical model predicted a conversion of 96.13 percent Fe2(+) to Fe3(+), resulting in a percentage error of 0,043 percent between the predicted results by the mathematical model and the experimental results. The analysis of the response surfaces and the amount of residual hydrogen peroxide in solution indicated that the control of the process at low temperatures contributes to the better utilization of the hydrogen peroxide in the conversion of Fe2(+) into Fe3(+), due to the deceleration of the self-induced decomposition by the factor temperature. The analysis of the reduction potential along the conversion profile function showed that conversions above 90 percent of Fe2(+)into Fe3(+) presented a corresponding redox potential (Eh) above 0,70 Volts, indicating the possibility of using this parameter for the control of conversion into industrial processes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:47247 |
| Date | 25 March 2020 |
| Creators | VERONICA BARBOSA MAZZA |
| Contributors | LUIZ ALBERTO CESAR TEIXEIRA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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