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Previous issue date: 2016-02-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Potassium is one of the basic nutrients for plants and their concentration in the soil is
insufficient to produce high quality crops, so it should be an essential component in the
composition of fertilizers. Fertilizers containing potassium chloride provide chloride ions in
large quantities in the soil, but many plants are sensitive to chloride ion, for example, crops
(potatoes, tomatoes, red pepper, citrus and tobacco). To these cultures recommends the use of
fertilizers containing potassium sulfate instead of fertilizers containing potassium chloride,
being less harmful. Potassium sulfate (K2SO4) also provides the sulfate ion ( 2
4 SO ), which
contains elemental sulfur, essential for the growth of plants. This information motivated
research present in this thesis on the development of a potassium sulfate production process
which facilitates production in Brazil in order to reduce or eliminate dependency on the
importation, to obtain a high purity product and develop a viable environmental process and
economically. Potassium sulfate was proposed to be produced through chemical reaction
reaction (NH4)2SO4 + 2 KCl → K2SO4 + 2 NH4Cl in aqueous-alcoholic medium at ambient
conditions using ethanol as antisolvent. The presence of ethanol decreases the solubility of the
potassium sulfate. For the development of the process, the equilibrium solid-liquid phases
(ESL) binary systems (water-potassium chloride and water-ammonium sulfate), the ternary
system (water-potassium chloride-ammonium sulfate) and quaternary system (waterpotassium
chloride-ammonium sulfate-ethanol) was studied and thermodynamic models were
used for adequacy finding regarding the prediction of ESL. The thermodynamic models used
for the binary systems were: Güntelberg equation, Davies equation, Debye-Hückel extended
law, Bromley model, Meissner model, Pitzer model (ASPEN PLUS®) e electrolyte NRTL
model (ASPEN PLUS®). For the ternary system, evaluated the Güntelberg equation, Davies
equation, Debye-Hückel extended law, Bromley multicomponent model, Meissner
multicomponent model, Pitzer model (ASPEN PLUS®) and electrolyte NRTL model (ASPEN
PLUS®). Finally, thermodynamic models used for the quaternary system are electrolyte
NRTL model (ASPEN PLUS®) and UNIQUAC-Debye-Hückel model. The developed process
proved to be economically unfeasible, despite a positive gross profit because the gross profit
is lower than the production costs. Costs for recovery of ethanol by distillation make
impossible the process, generating negative values for the economic parameters, payback
period and net present value. / O potássio é um dos nutrientes básicos para as plantas e sua concentração no solo é
insuficiente para produzir culturas de ótima qualidade, por isso deve ser um componente
essencial na composição dos fertilizantes. Os fertilizantes que contêm cloreto de potássio
fornecem os íons cloreto em grandes quantidades para o solo, mas muitas plantas são
sensíveis ao íon cloreto, por exemplo, culturas de batata, tomate, pimenta vermelha, árvores
cítricas e tabaco. Para essas culturas recomenda-se a utilização de fertilizantes contendo
sulfato de potássio ao invés de fertilizantes contendo cloreto de potássio, por ser menos
prejudicial. O sulfato de potássio (K2SO4) também fornece o íon sulfato ( 2
4 SO ), que contém
o elemento enxofre, essencial para o crescimento das plantas. Essas informações motivaram
estudos nesta tese sobre o desenvolvimento de um processo de produção de sulfato de
potássio que viabilize sua produção no Brasil, visando diminuir ou eliminar a dependência à
importação, para obter um produto de alta pureza e desenvolver um processo viável ambiental
e economicamente. Propõe-se que o sulfato de potássio seja produzido através da reação
química (NH4)2SO4 + 2 KCl → K2SO4 + 2 NH4Cl em meio aquoso-alcoólico, a temperatura
ambiente utilizando etanol como antissolvente. A presença de etanol diminui a solubilidade
do sulfato de potássio. Para o desenvolvimento do processo, o equilíbrio de fases sólidolíquido
(ESL) dos sistemas binários (água-cloreto de potássio e água-sulfato de amônio), do
sistema ternário (água-cloreto de potássio-sulfato de amônio) e do sistema quaternário (águacloreto
de potássio-sulfato de amônio-etanol) foi estudado e modelos termodinâmicos foram
utilizados para verificação de adequação quanto à previsão do ESL. Os modelos
termodinâmicos utilizados para os sistemas binários foram: equação de Güntelberg, equação
de Davies, lei de Debye-Hückel estendida, Bromley, Meissner, Pitzer (ASPEN PLUS®) e
NRTL eletrólitos (ASPEN PLUS®). Para o sistema ternário, avaliaram-se a equação de
Güntelberg, equação de Davies, lei de Debye-Hückel estendida, Bromley multicomponentes,
Meissner multicomponentes, Pitzer (ASPEN PLUS®) e NRTL eletrólitos (ASPEN PLUS®).
Por fim, os modelos termodinâmicos utilizados para o sistema quaternário foram NRTL
eletrólitos (ASPEN PLUS®) e o UNIQUAC-Debye-Hückel. O processo desenvolvido
mostrou ser inviável economicamente, apesar de apresentar o lucro bruto positivo, pois o
lucro bruto é menor do que os custos de produção. Os custos para recuperação do etanol através da destilação inviabilizam o processo, gerando valores negativos para os parâmetros
econômicos avaliados, Payback period e valor presente líquido.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/8507 |
| Date | 29 February 2016 |
| Creators | Viola, Dimas Henrique Lanfredi |
| Contributors | Costa, Caliane Bastos Borba, Bernardo, André |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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