¡Apresentando o gás hidrocarboneto!

Trecho do Manual de Segurança do IMAAC, capítulo dois: Propriedades do propelente hidrocarboneto (PHC).

A indústria do aerosol usa o gás hidrocarboneto como gás propelente na maioria de seus produtos. Para melhores resultados em sua utilização e evitar acidentes, é necessário conhecer suas propriedades.

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Os hidrocarbonetos são compostos naturais que são obtidos do petróleo e são compostos de átomos de carbono e de hidrogênio. O propano, o isobutano e o n-butano são os hidrocarbonetos utilizados como propelentes na indústria de aerossóis (PHC).

Eles se encontram em estado gasoso, mas são comprimidos para seu estado líquido para facilitar o seu armazenamento e transporte. Eles são também conhecidos como gás liquefeito de petróleo (gás LP). O armazenamento, transporte e manuseio do gás LP se realiza em vasos de pressão.

A figura mostra a fórmula química do gás propano (condensada C3H8, desenvolvida e geometria da molécula).

TABELA DE PROPRIEDADES FÍSICAS E FÓRMULAS DOS PROPELENTES MAIS COMUNS NA INDÚSTRIA DE AEROSSÓIS

Propelente	n-Butano	Iso-Butano	Propano	DME	152a
Fórmula química	C4H10	C4H10	C3H8	CH3-O-CH3	CH3-CHF2
Peso molecular	58.123	58.123	44.096	46.069	66.051
Pressão de vapor @ 21.1°C psig.	16.9	31.1	109.3	61.3	63.9
Pressão de vapor @ 54.4°C psig.	66.1	95.2	259.1	174	177
Ponto de ebulição @ 1 atm., °C	-0.5	-11.7	-42.1	-24.8	-25
Temperatura de 405 auto-ignição °C	405	543	450	350	454
Densidade relativa do gás @ 15.5°C (ar = 1)	2.006	2.006	1.522	1.590	2.280
Densidade do líquido g/cm3 a 21.1°C	0.578	0.557	0.500	0.66	0.91
Taxa de expansão (líquido a gás) @ 1 ATM., 21.1°C	240.11	231.3	273.8	345.6	330.49
Ponto de fulgor °C	-74	-83	-104	-41	-50
Calor de vaporização KJ/g @ P.eb.	385.7	365.7	425.7	467.5	327.7
Calor de combustão líquido @ 25°C, KJ/g	45.7	45.6	45.3	28.8	11.5
Viscosidade do líquido, centipoise @ 37.8°C	0.258	0.277	0.186	N/A	0.247
Coeficiente de expansão líquido @ 21.1°C	0.002	0.0022	0.0031	0.0055	0.0014
Solubilidade em água, % en peso, @ 21.1°C	0.008	0.008	0.007	35	1.7
Valor de Kauri-butanol	20	18	15	60	11
Limites de inflamabilidade, gás no ar, % em volume	1.9-8.5	1.8-8.4	2.2-9.5	3.3-18	3.9-16.9

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PRODUÇÃO E PURIFICAÇÃO DO PROPELENTE HIDROCARBONETO

No México o LP gás é produzido e comercializado pela Petróleos Mexicanos (PEMEX). Comercialmente não pode e nem deve ser usado como um propelente para aerossóis, devido ao alto teor de mercaptanos e outras impurezas, que produzem o cheiro típico de gás.

Antes de ser utilizado como propelente, o gás LP devem ser dividido em seus componentes e purificado de todas as impurezas que podem reagir ou causar mau odor ao produto ou que podem ser prejudiciais à saúde e ao ambiente.

Um rigoroso controle de qualidade, a seleção do Centro Processador de Gás e os processos de purificação, são elementos-chave para atender às especificações estabelecidas para o hidrocarboneto de grau de aerosol.1

Abaixo descrevemos as características organolépticas, designadas para o PHC de grau de aerosol:

1. A fase líquida é incolor como a água, apresenta um odor de solvente suave e é insolúvel em água. O propano pesa metade da água (densidade relativa = 0,5).
2. A fase vapor é incolor, como o ar, seu cheiro suave se dissolve e desaparece no mesmo. O butano é duas vezes mais pesado que o ar (densidade relativa = 2.0). Sendo mais pesados que o ar, os gases liquefeitos podem deslocar o oxigênio e criar uma atmosfera que é sufocante, quando se respira por um longo período.
3. O propano líquido tem um ponto de ebulição de – 42,1 ° C (veja a tabela de propriedades físicas). Em contato com a pele, os gases liquefeitos podem causar queimaduras de frio.

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Antes de ser utilizado como propelente, o gás LP deve ser dividido em seus componentes e purificado de toda impureza.

PRESSÃO DE VAPOR

A pressão necessária para manter em estado líquido um gás, a uma temperatura de referência, é conhecido como pressão de vapor. Na indústria mexicana de aerosol e em muitos países2, a pressão de vapor manométrica para o propelente é especificada a 21°C e é medida em psi (libras por polegada quadrada). A pressão é determinada segundo o método ASTM – D – 12673 e é conhecida como pressão de vapor ASTM a 21°C. Na tabela de propriedades físicas aparecem as pressões de vapor (a 21 e 33.8°C) para os propelentes mais comuns na indústria do aerosol.

Os gases liquefeitos mantém sua pressão de vapor constante. Esta propriedade garante seu bom desempenho como um propelente para aerossóis, pois mantém a sua pressão de vapor enquanto houver uma gota de líquido
no recipiente.4

O n-butano (conhecido como A-17) tem uma pressão de vapor de 16,9 psi a 21°C e é insuficiente para o bom desempenho dos aerossóis. O isobutano (A-31) tem uma pressão de 31,1 psi, aceitável para alguns aerossóis. A pressão do propano é de 109,3 psi, que é excessivo e perigoso para os recipientes e aerossóis mais comuns.

Usando PHC com altas pressões, certifique-se de usar o recipiente adequado.5 A experiência adquirida na indústria de aerossóis, indica que os propelentes mais satisfatórios tem uma pressão de vapor entre 31 e 70 psi. Estes são formadas pela mistura dos hidrocarbonetos puros apropriados. Por exemplo, se misturarmos 50% de n-butano (19,6 psig.) com 50% de propano (109,3 psig.), obteremos uma mistura com uma pressão de 63 pçig. @ 21°C.

Se queremos um A-46, a proporção de n-butano é aumentada para 70% e o conteúdo do propano é diminuído para 30%.

No México, quando o “A” é anteposto à pressão de vapor do PHC, é suficiente para especificar que cumpre os requisitos de qualidade estabelecidos para o grau de aerosol. Exemplo: propelente de hidrocarboneto A-31, A-46, etc.

Pressão de vapor e seu desempenho em um aerosol

A pressão de um gás propelente fornece a força sobre a superfície líquida de um aerosol, para realizar o trabalho de extração de um determinado volume de produto quando a válvula está ativada.6

Um gás liquefeito mantém sua pressão de vapor, enquanto houver uma gota de propelente no recipiente. Esta é uma grande vantagem sobre gases comprimidos (nitrogênio ou dióxido de carbono), que perdem sua pressão na medida em que se descarrega o produto.

Outra grande vantagem do gás liquefeito ocorre quando a válvula do pulverizador é operada. O propelente líquido irá arrastar o produto contido no recipiente através do tubo da válvula e ao ser expelido para o ambiente (pela ação do botão na válvula) passará subitamente ao seu estado natural gasoso.

A vaporização súbita do gás liquefeito provocará a pulverização do produto em partículas finas (spray em inglês).7 O tamanho das partículas resultantes da pulverização dependerá da pressão de vapor do propelente, do diâmetro do orifício da válvula e do pulsador.8
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REFERÊNCIAS

1. J. Guomin, M.A. Johnsen and B.V. Braune, “Aerosol Propellant Handbook”. Jing Tai Printing Ltd., Hong Kong. (1998) p. 170.
2. Ibid, p. 172.
3. ASTM D-1267-12 Standard Test Method for Gage Vapor Pressure of Liquefied Petroleum (LP) Gases. (LP-Gas Method).
4. CSMA, Aerosol Propellants Safety Manual.
5. Aerosol La Revista. Envases para alta presión. FLADA, Año VI, Junio 2011. p. 5.
6. Juan Nolasco. El alma de aerosol. Aerosol La Revista. FLADA. Año VII, octubre 2011. pp. 15-20.
7. Héctor Gómez. La pulverización del aerosol. Aerosol La Revista. FLADA. Año IX, julio 2013. pp. 20-26.
8. G. Arias. El Tamaño de partículas en el aerosol. Aerosol La Revista. FLADA. Año VI, enero 2010.