Estudo experimental, simulação e modelagem do efeito de agitação e mistura no processo da produção de biodiesel de soja (Glycine max) metílico e etílico.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG |
Texto Completo: | http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/1469 |
Resumo: | O consumo de combustíveis derivados do petróleo aumenta a cada ano, o que resulta no aumento da poluição atmosférica. Devido a isso a economia mundial necessita de fontes alternativas de energia. O biodiesel existe como alternativa ao diesel. Biodiesel pode ser obtido a partir da reação de transesterificação, na qual os triglicerídeos presentes nos óleos vegetais ou gorduras animais reagem com álcool de cadeia curta na presença de um catalisador para obter os ésteres de ácidos graxos. Neste trabalho foi encontrada a cinética da reação de transesterificação de óleo de soja com metanol e com etanol, na presença de hidróxido de sódio, para produzir biodiesel. Para o biodiesel metílico a cinética foi de primeira ordem e para o etílico a cinética foi de segunda ordem. Esses dados da cinética foram utilizados para fazer simulações das reações. A técnica de fluidodinâmica computacional CFD permite um estudo profundo e detalhado, inclusive análises de campos de velocidade e pressão, sem a necessidade de técnicas experimentais avançadas de análise ou custos financeiros para montagem de planta piloto. Essa técnica é desenvolvida principalmente em pacotes comerciais como o Ansys, que oferece diversas interfaces gráficas e modelos. Neste trabalho foi criada a geometria e a malha para o tanque com os diferentes impelidores e inseridas as condições da reação para encontrar os resultados. O modelo utilizado foi o de turbulência k- ε, a cinética foi considerada de primeira ordem para o metanol e de segunda ordem para o etanol e o sistema considerado monofásico e multicomponente. A simulação para o etanol não se mostrou satisfatória, pois as frações mássicas simuladas não tiveram o comportamento semelhante ao experimental. Já para as reações com metanol, as frações mássicas obtidas pela simulação ficaram bem próximas as encontradas experimentalmente, mostrando que a simulação foi satisfatória. |
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Estudo experimental, simulação e modelagem do efeito de agitação e mistura no processo da produção de biodiesel de soja (Glycine max) metílico e etílico.Experimental study, simulation and modeling of the effect of agitation and mixing in the production process of methyl and ethyl soybean biodiesel (Glycine max).TransesterificaçãoCinéticaFluidodinâmica ComputacionalTransesterificationKineticsComputational Fluid DynamicsEngenharia QuímicaO consumo de combustíveis derivados do petróleo aumenta a cada ano, o que resulta no aumento da poluição atmosférica. Devido a isso a economia mundial necessita de fontes alternativas de energia. O biodiesel existe como alternativa ao diesel. Biodiesel pode ser obtido a partir da reação de transesterificação, na qual os triglicerídeos presentes nos óleos vegetais ou gorduras animais reagem com álcool de cadeia curta na presença de um catalisador para obter os ésteres de ácidos graxos. Neste trabalho foi encontrada a cinética da reação de transesterificação de óleo de soja com metanol e com etanol, na presença de hidróxido de sódio, para produzir biodiesel. Para o biodiesel metílico a cinética foi de primeira ordem e para o etílico a cinética foi de segunda ordem. Esses dados da cinética foram utilizados para fazer simulações das reações. A técnica de fluidodinâmica computacional CFD permite um estudo profundo e detalhado, inclusive análises de campos de velocidade e pressão, sem a necessidade de técnicas experimentais avançadas de análise ou custos financeiros para montagem de planta piloto. Essa técnica é desenvolvida principalmente em pacotes comerciais como o Ansys, que oferece diversas interfaces gráficas e modelos. Neste trabalho foi criada a geometria e a malha para o tanque com os diferentes impelidores e inseridas as condições da reação para encontrar os resultados. O modelo utilizado foi o de turbulência k- ε, a cinética foi considerada de primeira ordem para o metanol e de segunda ordem para o etanol e o sistema considerado monofásico e multicomponente. A simulação para o etanol não se mostrou satisfatória, pois as frações mássicas simuladas não tiveram o comportamento semelhante ao experimental. Já para as reações com metanol, as frações mássicas obtidas pela simulação ficaram bem próximas as encontradas experimentalmente, mostrando que a simulação foi satisfatória.The consumption of fuels derived from petroleum increases every year, resulting in increased air pollution. Because of this the world economy needs alternative sources of energy. Biodiesel exists as an alternative to diesel. Biodiesel can be obtained from the transesterification reaction in which the triglycerides present in vegetable oils or animal fats react with short chain alcohol in the presence of a catalyst to obtain the fatty acid esters. In this work the kinetics of the reaction of transesterification of soybean oil with methanol and with ethanol in the presence of sodium hydroxide to produce biodiesel was found. For the methyl biodiesel the kinetics was of first order and for the ethyl the kinetics was of second order. These kinetic data were used to simulate the reactions. The CFD computational fluid dynamics technique allows in-depth and detailed study, including velocity and pressure field analyzes, without the need for advanced experimental analysis techniques or financial costs for pilot plant assembly. This technique is mainly developed in commercial packages such as Ansys, which offers several graphical interfaces and models. In this work the geometry and the mesh were created for the tank with the different impellers and the conditions of the reaction were inserted to find the results. The k-ε turbulence model was used, kinetics was considered first-order for methanol and second-order for ethanol and the system considered single-phase and multicomponent. The simulation for the ethanol was not satisfactory, since the simulated mass fractions did not have the behavior similar to the experimental one. As for the reactions with methanol, the mass fractions obtained by the simulation were very close to those found experimentally, showing that the simulation was satisfactory.Universidade Federal de Campina GrandeBrasilCentro de Ciências e Tecnologia - CCTPÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICAUFCGARAÚJO, Antônio Carlos Brandão de.ARAÚJO, A. C. B.http://lattes.cnpq.br/7308979392690336ALVES, José Jailson Nicacio.ALVES, J. J. N.http://lattes.cnpq.br/7986759552135066SILVA, José Nilton.PEREIRA NETO, Antônio Tavernard.SILVA, Sidinei Kleber da.SOLETTI, João Inácio.PEITER, Amanda Santana.2017-09-152018-08-16T12:27:26Z2018-08-162018-08-16T12:27:26Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/1469PEITER, A. S. Estudo experimental, simulação e modelagem do efeito de agitação e mistura no processo da produção de biodiesel de soja (Glycine max) metílico e etílico. 2017. 115 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2017. 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