Modelagem cinética da reação de conversão de etanol em butanol com catalisadores de mg/al derivados de hidrotalcitas
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Manancial - Repositório Digital da UFSM |
Texto Completo: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/20637 |
Resumo: | Butanol has been suggested as possible substitute of gasoline or to be used as fuel additive. At the moment, its main production route is from fossil raw material, allowing renewable routes from bioetanol to be studies, one of them being the catalysis using heterogeneous catalysts. One type of catalyst are the mixed oxides of Mg/Al obtained from hydrotalcites, presenting high superficial area, low cost and easy synthesis. Studies about this catalyst present the formation of other compounds other than butanol, and suggest that the involved mechanism follows the Guerbet reaction, where multiple reaction occuring in steps. Beside many similar mechanisms have being proposed, there is a lack of kinetic analysis of the involved reactions. Using one catalyst of Mg/Al derived from hydrotalcites, catalystic tests were performed in various temperatures, and after data collection, multiple reactions were analyzed thermodynamically in order to propose a mechanism which is favorable for the butanol and the other compounds formation. After this thermodynamic analysis, favorable reactions were defined, allowing two different elementary reactions models and one heterogeneous model to be proposed. Kinetic parameters of these models were estimated using a particle swarm algorithm for objective function minimization, also performing the Fisher F test for statistical comparison between models. Results show that for the experimental data, the Guerbet reaction is not the most favorable reaction path, where the direct condensation of two ethanol molecules presents itself as the main reaction mechanism. Between the analyzed models, the heterogeneous was the one which presented the best results for the minimization of the objective function, and also the best model statistically according to the Fisher test. |
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Modelagem cinética da reação de conversão de etanol em butanol com catalisadores de mg/al derivados de hidrotalcitaskinetic modelling of ethanol conversion to butanol over mg and al oxides derived from hydrotalcitesEtanolButanolEstimação de parâmetrosCinéticaCatalisadorEthanolButanolParameter estimationKineticsCatalystCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAButanol has been suggested as possible substitute of gasoline or to be used as fuel additive. At the moment, its main production route is from fossil raw material, allowing renewable routes from bioetanol to be studies, one of them being the catalysis using heterogeneous catalysts. One type of catalyst are the mixed oxides of Mg/Al obtained from hydrotalcites, presenting high superficial area, low cost and easy synthesis. Studies about this catalyst present the formation of other compounds other than butanol, and suggest that the involved mechanism follows the Guerbet reaction, where multiple reaction occuring in steps. Beside many similar mechanisms have being proposed, there is a lack of kinetic analysis of the involved reactions. Using one catalyst of Mg/Al derived from hydrotalcites, catalystic tests were performed in various temperatures, and after data collection, multiple reactions were analyzed thermodynamically in order to propose a mechanism which is favorable for the butanol and the other compounds formation. After this thermodynamic analysis, favorable reactions were defined, allowing two different elementary reactions models and one heterogeneous model to be proposed. Kinetic parameters of these models were estimated using a particle swarm algorithm for objective function minimization, also performing the Fisher F test for statistical comparison between models. Results show that for the experimental data, the Guerbet reaction is not the most favorable reaction path, where the direct condensation of two ethanol molecules presents itself as the main reaction mechanism. Between the analyzed models, the heterogeneous was the one which presented the best results for the minimization of the objective function, and also the best model statistically according to the Fisher test.O butanol é sugerido como um possível substituto da gasolina ou como aditivo de combustíveis. Atualmente, sua principal rota de produção é através de matérias primas fósseis, fazendo com que rotas renováveis a partir de bioetanol tenham sido estudadas, sendo uma delas a partir utilizando catalisadores heterogêneos. Um tipo de catalisador são os óxidos mistos de Mg/Al obtidos através de hidrotalcitas, os quais apresentam alta área superficial específica, baixo custo e fácil síntese. Os estudos sobre este tipo de catalisador mostram a formação de vários compostos além de butanol, e sugerem que o mecanismo de formação segue a reação de Guerbet, onde várias reações acontecem em etapas. Apesar de mecanismos muito parecidos terem sido propostos, existe uma deficiência em relação à análise cinética das reações envolvidas. Utilizando um catalisador de Mg/Al derivado de hidrotalcita, testes catalíticos foram realizados em várias temperaturas, e após a coleta dos dados experimentais, diversas reações foram analisadas termodinamicamente a fim de propor um mecanismo que seja favorável para a formação de butanol e dos demais compostos formados. Após a análise termodinâmica, as reações favoráveis foram definidas, permitindo que fossem propostos dois modelos de reações elementares e um modelo heterogêneo. Os parâmetros cinéticos destes modelos foram estimados utilizando o método de enxame de partículas para a minimização de uma função objetivo, sendo também realizado o teste F de Fisher para comparação estatística entre modelos. Os resultados mostram que para os dados experimentais analisados, a reação de Guerbet não é o caminho mais favorável para a formação de butanol, enquanto que a condensação direta de duas moléculas de etanol se mostra como o principal mecanismo reacional. Entre os modelos analisados, o modelo heterogêneo foi o que apresentou os melhores resultados para a minimização da função objetivo, e que se mostrou o melhor modelo estatisticamente de acordo com o teste F de Fisher.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia QuímicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaCentro de TecnologiaSalau, Nina Paula Gonçalveshttp://lattes.cnpq.br/4234840503539989Schwaab, MarcioXXXXXXXXXXXXXXCoutinho, Elisa BarbosaXXXXXXXXXXXXXXXXXXXEnzweiler, HevelineXXXXXXXXXXXXXXScheid, Amir John2021-04-20T11:23:01Z2021-04-20T11:23:01Z2019-03-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/20637porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2021-04-21T06:01:53Zoai:repositorio.ufsm.br:1/20637Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2021-04-21T06:01:53Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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