Desenvolvimento e implementação de processos de medição em linha por NIR à fábrica de formol

Abstract

O formol é um dos principais produtos de venda produzidos pela Bresfor. É essencial controlar a concentração do formaldeído na saída da torre de absorção, bem como nos tanques de armazenamento onde a concentração é ajustada de acordo com o valor desejado pelo cliente. As soluções de formaldeído requerem cuidados especiais, devido à possibilidade do mesmo entrar em polimerização e formar o para-formaldeído. Para prevenir a polimerização a temperatura dever-se-á manter em valores superiores a 55 ºC, o que é garantido durante o processo de fabrico, e para concentrações de formaldeído inferiores à da saída da produção, pode recorrer-se à estabilização com metanol. O controlo de qualidade do formol exige assim a quantificação do formaldeído e do metanol no produto acabado. Esta análise é feita laboratorialmente recorrendo a métodos químicos como volumetria e a cromatografia gasosa. É no entanto, igualmente importante o controlo do processo que exige que essas análises se façam em tempo real. O metanol é um dos reagentes usados no processo de fabrico sendo a sua presença à saída da torre de absorção indicação de reação incompleta. No vaporizador é introduzida uma corrente de ar que se mistura com o metanol, contribuindo para a oxidação do formaldeído, sendo também produzido ácido fórmico, um produto secundário cuja concentração é necessária controlar. A espetroscopia NIR apresenta inúmeras vantagens como a rapidez, o facto de não necessitar de preparação da amostra, não ser uma técnica destrutiva e permitir a análise remota. Instalou-se na linha de produção de formaldeído uma sonda a funcionar no infravermelho próximo com o objetivo de quantificar o formaldeído, metanol e ácido fórmico in-line. Esta sonda eliminaria o processo de amostragem, fazendo-se a análise sem correr o risco de alterar a amostra por variação da temperatura e evitaria a exposição de um operador ao formol. Este trabalho consiste em testes de calibração e validação dos resultados obtidos com uma sonda de imersão NIR na análise de amostras reais, recolhidas em diversos pontos da fábrica por comparação com os resultados das análises dessas mesmas amostras por métodos laboratoriais usados rotineiramente pela Bresfor. Com uma sonda com um percurso ótico de 2 mm, consegue-se um bom ajuste para o formaldeído e para o metanol, embora não seja possível um bom ajuste para o ácido fórmico, uma vez que as concentrações deste se apresentam sempre em quantidades vestigiais. A utilização do modelo ajustado à análise de quatro amostras retiradas da fábrica e a comparação das previsões com o resultado de análises laboratoriais, permite concluir, com uma probabilidade de 95%, que não há diferenças estatisticamente significativas tanto para as concentrações de formaldeído como para as concentrações de metanol.

Formaldehyde is one of the main products sold by Bresfor. It is essential to control the concentration of the formaldehyde in the manufacturing process as well as in the storage tanks, where the concentration is adjusted to the desired value required by the client. Formaldehyde solutions require special care because they can polymerize and form para-formaldehyde. To prevent the polymerization, the temperature should be maintained above 55 ºC, which is guaranteed during the manufacturing process. For temperatures below 55 ºC methanol may be added for stabilization. Methanol is one of the reagents used in the manufacturing process and its presence at the outlet of the absorption column indicates that the reaction was not complete. The reactor is fed with a stream of air which contributes to oxidation of the formaldehyde and consequent production of formic acid. Therefore, it is also necessary to control the formation of this by-product. The quality control of formol requires the quantification of both formaldehyde and methanol in the finished product. Tradicionally the analysis is done in the laboratory by chemical methods such as volumetry and gas chromatography respectively. Besides controlling the final product, it is also important to monitor formol composition in real time along the manufaturing process and storage. NIR spectroscopy has several advantagens, it doesn’t require sample preparation, it’s not a destructive technique and remote analysis is possible. A NIR probe was installed in the production line with the goal to quantify the formaldehyde, methanol and formic acid. This probe would eliminate the sampling and transport, which would induce temperature variation, and prevents operator exposure to formaldehyde. This work consisted in establishing a model through calibration and validation tests for results obtained with an immersion NIR probe collected in several points of the factory. With a probe with a 2mm optical gap, a good fit for both formaldehyde and methanol was achieved. However, it was not possible to obtain a good fit for formic acid, as it it was present in trace levels. The use of the adjusting model to the analysis of four samples withdrawn from different points in the plant and the comparison of the predictions with the results obtained by laboratory analysis, allows us to conclude with a 95 % probability that there aren’t statistically significant differences for both formaldehyde and methanol concentrations.