Estudo do efeito do catalisador básico na produção de biodiesel em condições sub e supercríticas em reator tubular

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos Vargette, Lucas dos, 1992-
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634638
Resumo: Orientador: Paulo de Tarso Vieira e Rosa
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Nesse trabalho foi realizado o estudo da produção de biodiesel a partir de óleo de soja e etanol em um reator contínuo do tipo tubular, em altas pressões e, em alguns casos, com a adição de pequenas quantidades do catalisador básico homogêneo hidróxido de sódio. Quantificou-se os triglicerídeos, os produtos e os intermediários das reações de transesterificação utilizando as técnicas de ressonância magnética nuclear de hidrogênio (1H RMN) e cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). Para o processo sem catalisador foram estudadas as influências da temperatura, do tempo espacial e da razão molar álcool/óleo, sobre o rendimento da reação de transesterificação, através de um planejamento de experimentos fatorial completo com dois níveis e repetições no ponto central, tendo sido obtido rendimentos entre 0,5-85,1%. Para o processo catalítico foram realizados dois planejamentos experimentais, o primeiro se tratou de um planejamento fatorial completo com repetições no ponto central que fez uso das mesmas variáveis aplicadas no planejamento não catalítico, além da concentração do catalisador básico hidróxido de sódio. O segundo planejamento catalítico foi utilizado para o estudo da cinética da reação de transesterificação, tendo sido aplicado as condições de razão molar e concentração do catalisador que apresentaram maiores rendimentos no primeiro planejamento experimental catalítico. Os rendimentos da reação aumentaram significantemente com a adição de catalisador, variando entre 13,6-97,7% e apresentando valores superiores a 93% para tempos espaciais a partir de três minutos. No estudo cinético da reação de transesterificação foram aplicados dois modelos cinéticos, o de reação irreversível global de pseudo-primeira ordem e o de reação irreversível em etapas. O primeiro modelo só apresentou uma boa concordância com os resultados experimentais para o caso de maior temperatura estudada de 300 °C e o valor da energia de ativação calculado a partir da equação de Arrhenius foi de 34,1 kJ/mol, que se encontra dentro do intervalo de 9-124,6 kJ/mol descrito em literatura. O segundo modelo cinético também demonstrou uma melhor concordância com os pontos experimentais para as maiores temperaturas de estudo, porém não se mostrou capaz de predizer a concentração de MG no meio, o que é abordado em detalhes na seção 5.3.2. Os valores da energia de ativação calculados para as três etapas de reação foram de 33,4 kJ/mol, 29,7 kJ/mol e 29,8 kJ/mol, respectivamente, tornando a primeira etapa da reação a etapa lenta e, portanto, a determinante na cinética da reaçãoAbstract: Biodiesel is a more eco-friendly fuel than mineral diesel because it is produced from renewable sources such as vegetable oils, animal fats, agricultural waste and algae and produces less greenhouse gases and particulates. In this work the production of biodiesel from soybean oil and ethanol was carried out in a continuous tubular reactor, with high pressures and, in some cases, the addition of small amounts of the basic homogeneous catalyst sodium hydroxide. The triglycerides, the products and the intermediates of the reactions were quantified using proton nuclear magnetic resonance (1H NMR) and high-performance liquid chromatography (HPLC). For the catalyst-free process, the influences of alcohol to oil molar ratio, temperature and spatial time on the reaction yields were studied using a two-level factorial design with center point repetitions and the yields ranged from 0,5-85,1%. For the catalyst process, two experimental designs were performed, the first one was a two-level factorial design with center point repetitions with the same variables used in the catalyst-free process, besides the sodium hydroxide catalyst concentration. The second catalytic experimental design was applied in the transesterification kinetic study, with the molar rate and catalyst concentration conditions that present better yields in the first catalytic experimental design. Yields increased significantly with the addition of the catalyst, ranging from 13,6-97,7% and presenting results greater than 93% for spatial times from three minutes. Two different kinetic models were applied in the transesterification kinetic reaction study, the first-order irreversible global reaction and the irreversible reaction in steps. The first model presented a good agreement with the experimental data just for the higher study temperature of 300 °C and the activation energy obtained by the Arrhenius equation was 34,1 kJ/mol, which is between the range of 9-124,6 kJ/mol found in the literature. The second kinetic model also presented a better agreement with the experimental data for the higher study temperatures, but was not able to predict the MG concentration. This case is discussed in details in the section 5.3.2. The activation energy for the three transesterification steps were 33,4 kJ/mol, 29,7 kJ/mol and 29,8 kJ/mol respectively, so the first step is the slow reaction step and the rate-determining step reactionMestradoFísico-QuímicaMestre em Química[s.n.]Rosa, Paulo de Tarso Vieira e, 1966-Martínez, JulianLongo, CláudiaUniversidade Estadual de Campinas. Instituto de QuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSantos Vargette, Lucas dos, 1992-20182018-08-28T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (82 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634638SANTOS VARGETTE, Lucas dos. Estudo do efeito do catalisador básico na produção de biodiesel em condições sub e supercríticas em reator tubular. 2018. 1 recurso online (82 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634638. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1060858Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2018-11-05T11:21:18Zoai::1060858Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2018-11-05T11:21:18Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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