Simulação e otimização do processo de produção de carbonato de glicerol

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pereira, José Henrique Negri
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13749
Resumo: Sustainable chemistry is a research and engineering area that encourages the development of products and processes that reduce the use and generation of toxic substances where technological approaches to prevent pollution and reducing the consumption of non-renewable resources are of high importance. Given this, the production of biofuels has a prominent role, as it has numerous benefits, including renewable production, reduction of greenhouse gas emissions and social and regional development. Among biofuels, biodiesel has a high potential for replacing part of fossil fuel derivatives such as diesel. The production of biodiesel through the transesterification of renewable raw materials, such as vegetable oils and animal fats, which in the presence of a catalyst reacts chemically with an alcohol, is increasing quickly due to strong government policies and incentives. However, the increase in the production of biodiesel generates a corresponding growth in the production of glycerol. Glycerol is a valuable by-product in the production of biodiesel by transesterification and although there are markets for it, a significant expansion in its availability would destabilize it. Thus, the purification of glycerol as well as the conversion of glycerol into products with added value, such as glycerol carbonate, has achieved increasing interest in recent years. Glycerol carbonate is a key and multifunctional compound used as a solvent, additive, monomer and chemical intermediate. This study proposes to analyze the production of glycerol carbonate through reactive distillation, where the basic catalytic transesterification of purified glycerol occurs. For this, the Aspen Plus® software was used to perform the simulation of the chemical plant and the modeling was based on the NRTL thermodynamic model, Wilson's thermodynamic model and first order rate kinetics in relation to dimethyl carbonate (DMC) and glycerol and dependent on the concentration of catalyst, which is potassium carbonate (K2CO3). The proposed and optimized flowchart showed a production capacity of 3757.9 kg of glycerol carbonate per day with an energy performance of at least 7% better than any other reported in the studied literature.
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Given this, the production of biofuels has a prominent role, as it has numerous benefits, including renewable production, reduction of greenhouse gas emissions and social and regional development. Among biofuels, biodiesel has a high potential for replacing part of fossil fuel derivatives such as diesel. The production of biodiesel through the transesterification of renewable raw materials, such as vegetable oils and animal fats, which in the presence of a catalyst reacts chemically with an alcohol, is increasing quickly due to strong government policies and incentives. However, the increase in the production of biodiesel generates a corresponding growth in the production of glycerol. Glycerol is a valuable by-product in the production of biodiesel by transesterification and although there are markets for it, a significant expansion in its availability would destabilize it. Thus, the purification of glycerol as well as the conversion of glycerol into products with added value, such as glycerol carbonate, has achieved increasing interest in recent years. Glycerol carbonate is a key and multifunctional compound used as a solvent, additive, monomer and chemical intermediate. This study proposes to analyze the production of glycerol carbonate through reactive distillation, where the basic catalytic transesterification of purified glycerol occurs. For this, the Aspen Plus® software was used to perform the simulation of the chemical plant and the modeling was based on the NRTL thermodynamic model, Wilson's thermodynamic model and first order rate kinetics in relation to dimethyl carbonate (DMC) and glycerol and dependent on the concentration of catalyst, which is potassium carbonate (K2CO3). The proposed and optimized flowchart showed a production capacity of 3757.9 kg of glycerol carbonate per day with an energy performance of at least 7% better than any other reported in the studied literature.A química sustentável é uma filosofia de pesquisa e engenharia que incentiva o desenvolvimento de produtos e processos que diminuam o uso e a geração de substâncias tóxicas, onde abordagens tecnológicas para prevenção da poluição e que reduzam o consumo de recursos não renováveis são de elevada importância. Diante desse cenário, a produção de biocombustíveis tem um papel de destaque, pois apresenta inúmeros benefícios, onde se destacam a produção renovável, a redução da emissão dos gases do efeito estufa e o desenvolvimento social e regional. Entre os biocombustíveis, o biodiesel apresenta um elevado potencial para a substituição de parte dos derivados de combustível fóssil, como é o caso do diesel. A produção de biodiesel através da transesterificação de matérias-primas renováveis, como os óleos vegetais e gorduras animais, que na presença de um catalisador reagem quimicamente com um álcool, está aumentando rapidamente devido a fortes políticas e incentivos governamentais. No entanto, o aumento na produção de biodiesel gera um correspondente aumento na produção do glicerol. O glicerol é um coproduto valioso na produção de biodiesel por transesterificação e embora existam mercados para este, um aumento significativo na sua disponibilidade o desestabilizaria. Assim, a purificação do glicerol, bem como a sua conversão em produtos com valor agregado, como o carbonato de glicerol, tem alcançado um interesse crescente nos últimos anos. O carbonato de glicerol é um composto chave e multifuncional empregado como solvente, aditivo, monômero e intermediário químico. Este estudo tem como proposta a análise da produção de carbonato de glicerol através da destilação reativa, onde ocorre a transesterificação catalítica básica do glicerol purificado. Para isto, o software Aspen Plus® foi utilizado para realizar a simulação da planta química e a modelagem foi baseada no modelo termodinâmico NRTL, no modelo termodinâmico de Wilson e em uma cinética de primeira ordem em relação ao dimetilcarbonato (DMC) e ao glicerol e dependente da concentração do catalisador, que é o carbonato de potássio (K2CO3). O fluxograma proposto e otimizado apresentou capacidade de produção de 3757,9 kg de carbonato de glicerol por dia com um desempenho energético cerca de, pelo menos, 7% melhor do que qualquer outro reportado na literatura estudada.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosEngenharia Química - EQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCarbonato de glicerolSimulaçãoGlycerol carbonateSimulationDestilação reativaReactive distillationENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICAENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICASimulação e otimização do processo de produção de carbonato de glicerolSimulation and optimization of glycerol carbonate production processSimulación y optimización del proceso de producción del carbonato de glicerolinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis6006004dc9699a-83dd-49ff-bccc-80051e73f3e6reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALJHNP_TG_Revisado.pdfJHNP_TG_Revisado.pdfDocumentoapplication/pdf2445626https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13749/1/JHNP_TG_Revisado.pdf16cda61e65477753c66505c7b899f2f4MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13749/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52TEXTJHNP_TG_Revisado.pdf.txtJHNP_TG_Revisado.pdf.txtExtracted texttext/plain163274https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13749/3/JHNP_TG_Revisado.pdf.txt75c1a7e25264852080123b5c8db2afc3MD53THUMBNAILJHNP_TG_Revisado.pdf.jpgJHNP_TG_Revisado.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7269https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13749/4/JHNP_TG_Revisado.pdf.jpg51d41c2002300ac22cda53445527f28bMD54ufscar/137492023-09-18 18:32:05.807oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/13749Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:05Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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