Simulação, análise do ciclo de vida e otimização da produção contínua de biodiesel a partir do óleo de soja
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) |
Texto Completo: | https://app.uff.br/riuff/handle/1/15187 |
Resumo: | O petróleo e seus derivados representaram os principais energéticos consumidos no último século, não obstante o fato destes insumos serem finitos e gerarem diversas emissões poluentes, danosos à saúde humana e ao meio ambiente. Aspectos econômicos e ambientais vêm contribuindo para o gradual desuso destes combustíveis e para o crescimento de pesquisas voltadas a energias renováveis e "limpas", como o biodiesel. Sabe-se que o biodiesel é majoritariamente produzido pela reação de transesterificação entre um óleo e um álcool de cadeia curta na presença de um catalisador. A simulação e otimização de processos têm sido ferramentas crescentemente adotadas no desenvolvimento e análise de plantas industriais. Outra ferramenta com grande e recente visibilidade é a análise do ciclo de vida (ACV), pois permite identificar e avaliar impactos ambientais na geração de um produto. A presente dissertação reproduziu e validou o processo de produção contínua de biodiesel a partir do óleo de canola descrito por Zhang et al. (2003) através do uso do software UniSim Design R390®. Visando tornar tal processo próximo à realidade nacional, alterou-se a molécula de trioleína (óleo de canola) pela trilinoleína (óleo de soja) através do uso dos métodos preditivos de Constantinou & Gani (1994) e (1995). Uma modificação no reator de conversão fixa foi realizada com base nos dados experimentais de Noureddini & Zhu (1997). Posteriormente, efetuou-se a ACV do sistema cultivo de soja/ produção do óleo de soja/produção de biodiesel a fim de identificar os pontos ambientalmente críticos. Na otimização, a maximização da vazão de biodiesel foi adotada como função objetivo, o modelo das equações de balanço de massa e energia do UniSim como restrições de igualdade e a menor relação possível entre o hidróxido de sódio e óleo de soja como restrição de desigualdade. Houve aumento de 10,66% na taxa da reação de transesterificação, superando a conversão fixa proposta pelo artigo base. A vazão de biodiesel teve um acréscimo de 80,00 kg/h enquanto a vazão mássica de NaOH reduziu 1,06 kg/h. Ademais, observou-se um decréscimo em todas as categorias de impacto da ACV adotadas nesta dissertação após a otimização, indicando que os objetivos estabelecidos foram atingidos |
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Outra ferramenta com grande e recente visibilidade é a análise do ciclo de vida (ACV), pois permite identificar e avaliar impactos ambientais na geração de um produto. A presente dissertação reproduziu e validou o processo de produção contínua de biodiesel a partir do óleo de canola descrito por Zhang et al. (2003) através do uso do software UniSim Design R390®. Visando tornar tal processo próximo à realidade nacional, alterou-se a molécula de trioleína (óleo de canola) pela trilinoleína (óleo de soja) através do uso dos métodos preditivos de Constantinou & Gani (1994) e (1995). Uma modificação no reator de conversão fixa foi realizada com base nos dados experimentais de Noureddini & Zhu (1997). Posteriormente, efetuou-se a ACV do sistema cultivo de soja/ produção do óleo de soja/produção de biodiesel a fim de identificar os pontos ambientalmente críticos. Na otimização, a maximização da vazão de biodiesel foi adotada como função objetivo, o modelo das equações de balanço de massa e energia do UniSim como restrições de igualdade e a menor relação possível entre o hidróxido de sódio e óleo de soja como restrição de desigualdade. Houve aumento de 10,66% na taxa da reação de transesterificação, superando a conversão fixa proposta pelo artigo base. A vazão de biodiesel teve um acréscimo de 80,00 kg/h enquanto a vazão mássica de NaOH reduziu 1,06 kg/h. Ademais, observou-se um decréscimo em todas as categorias de impacto da ACV adotadas nesta dissertação após a otimização, indicando que os objetivos estabelecidos foram atingidosCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESPetroleum and its derivatives represented the main energy sources of the last century, despite the fact that fossil fuels are finite and generate pollutant emissions harmful to both human health and the environment. Economic and environmental aspects have contributed to the gradual disuse of these fuels and to the growth of research on renewable and "clean" energy, such as biodiesel. Biodiesel is mostly produced by the transesterification reaction between an oil and a short-chain alcohol in the presence of a catalyst. The simulation and optimization of processes have been increasingly used tools in the development and analysis of industrial plants. Life cycle analysis (LCA) is another tool with great and recent visibility, since it allows to identify and evaluate environmental impacts in the generation of a product. The present dissertation reproduced and validated the process of continuous biodiesel production from the canola oil described by Zhang et al. (2003) through the use of UniSim Design R390® software. In order to make this process close to the brazilian reality, the triolein molecule (canola oil) was changed to trilinolein (soybean oil) using the predictive methods of Constantinou & Gani (1994) and (1995). A modification in the fixed conversion reactor was performed based on the experimental data of Noureddini & Zhu (1997). Subsequently, the LCA of soybean production / soybean oil production / biodiesel production was carried out in order to identify the environmentally critical points. In the optimization, the biodiesel flow maximization was adopted as the objective function, the UniSim mass and energy balance equations model as equality constraints and the lowest possible relationship between sodium hydroxide and soybean oil as an inequality constraint. There was a 10.66% increase in the rate of the transesterification reaction, surpassing the fixed conversion proposed by the base article. The biodiesel flow had an increase of 80.00 kg / h while the mass flow of NaOH reduced 1.06 kg / h. In addition, there was a decrease in all categories of impact of the LCA adopted in this dissertation after the optimization, indicating that the established objectives were reached110 f.Monteiro, Luciane Pimentel CostaSimões, Rita de Cássia ColmanMerçon, FábioSantos, Lizandro de SousaGonçalves, Paula Ciribeli2020-10-09T14:34:20Z2020-10-09T14:34:20Z2019info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfGONÇALVES, Paula Ciribeli. Simulação, análise do ciclo de vida e otimização da produção contínua de biodiesel a partir do óleo de soja. 2019. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2019.https://app.uff.br/riuff/handle/1/15187Aluno de Mestradohttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/CC-BY-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)instname:Universidade Federal Fluminense (UFF)instacron:UFF2022-12-08T21:37:19Zoai:app.uff.br:1/15187Repositório InstitucionalPUBhttps://app.uff.br/oai/requestriuff@id.uff.bropendoar:21202022-12-08T21:37:19Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) - Universidade Federal Fluminense (UFF)false |
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O petróleo e seus derivados representaram os principais energéticos consumidos no último século, não obstante o fato destes insumos serem finitos e gerarem diversas emissões poluentes, danosos à saúde humana e ao meio ambiente. Aspectos econômicos e ambientais vêm contribuindo para o gradual desuso destes combustíveis e para o crescimento de pesquisas voltadas a energias renováveis e "limpas", como o biodiesel. Sabe-se que o biodiesel é majoritariamente produzido pela reação de transesterificação entre um óleo e um álcool de cadeia curta na presença de um catalisador. A simulação e otimização de processos têm sido ferramentas crescentemente adotadas no desenvolvimento e análise de plantas industriais. Outra ferramenta com grande e recente visibilidade é a análise do ciclo de vida (ACV), pois permite identificar e avaliar impactos ambientais na geração de um produto. A presente dissertação reproduziu e validou o processo de produção contínua de biodiesel a partir do óleo de canola descrito por Zhang et al. (2003) através do uso do software UniSim Design R390®. Visando tornar tal processo próximo à realidade nacional, alterou-se a molécula de trioleína (óleo de canola) pela trilinoleína (óleo de soja) através do uso dos métodos preditivos de Constantinou & Gani (1994) e (1995). Uma modificação no reator de conversão fixa foi realizada com base nos dados experimentais de Noureddini & Zhu (1997). Posteriormente, efetuou-se a ACV do sistema cultivo de soja/ produção do óleo de soja/produção de biodiesel a fim de identificar os pontos ambientalmente críticos. Na otimização, a maximização da vazão de biodiesel foi adotada como função objetivo, o modelo das equações de balanço de massa e energia do UniSim como restrições de igualdade e a menor relação possível entre o hidróxido de sódio e óleo de soja como restrição de desigualdade. Houve aumento de 10,66% na taxa da reação de transesterificação, superando a conversão fixa proposta pelo artigo base. A vazão de biodiesel teve um acréscimo de 80,00 kg/h enquanto a vazão mássica de NaOH reduziu 1,06 kg/h. Ademais, observou-se um decréscimo em todas as categorias de impacto da ACV adotadas nesta dissertação após a otimização, indicando que os objetivos estabelecidos foram atingidos |
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