Programa de Pós-Graduação de Mestrado e Doutorado em Engenharia Química
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- Estudo da produção de biodiesel via catálise enzimática(2018) Silva, M. S. R.Entre as fontes de energia alternativas ao diesel de petróleo, destaca-se o biodiesel. Atualmente, é produzido a partir de um catalisador homogêneo básico, o que pode gerar problemas ambientais, como o gasto excessivo de água na purificação dos produtos. A fim de propor uma rota mais limpa, o presente trabalho investigou a produção de biodiesel via catálise enzimática, tendo o óleo de soja e o metanol como reagentes e a enzima imobilizada Novozyme 435® como catalisador. Para tal, foram avaliados o uso de cossolventes (neste caso, o tercbutanol e o hexano), a adição de água, a razão molar de metanol/óleo, a quantidade de catalisador na reação, a conversão ao longo do tempo, bem como o equilíbrio de fases a partir do programa ASPEN Plus®. Dentre os resultados, viu-se que, do lado dos ossolventes, a uma razão volumétrica de 8:1 de óleo/terc-butanol, a conversão atingiu 76%, enquanto que com razão volumétrica de 1:4 de óleo/hexano, a conversão máxima foi de 43%. Sobre a adição de água, verificou-se que, quanto maior a quantidade desta, menor foi a conversão em biodiesel, não favorecendo a reação. Do mesmo modo, observou-se que um excesso de metanol também não facilitou o processo, uma vez que, com razão molar de 3:1 metanol/óleo, a conversão foi de 66%, sendo 10% menor que quando utilizada razão molar de 4:1. Em seguida, averiguou-se que a quantidade de enzima necessária foi de 2% em massa de enzima em relação à de óleo, convertendo 77%, visto que, com valores maiores, a conversão manteve-se a mesma. Já o experimento de conversão no tempo mostrou que foram necessárias 44 horas para uma conversão de 78,6%, entretanto, uma análise econômica poderia determinar o melhor tempo de reação. Por último, a simulação do equilíbrio de fases mostrou que, quanto mais hexano no sistema, maior a concentração de metanol na fase que contém óleo, diminuindo a conversão pelo efeito inibidor que o álcool tem na enzima. Já com o terc-butanol, deu-se que, quanto menor a quantidade de cossolvente, maior a concentração de metanol na fase que contém óleo. Apesar do sistema permanecer em duas fases nas condições testadas, a concentração de metanol na faixa que contém óleo é alta o suficiente para se obter boas conversões e baixa o bastante para não desnaturar a enzima. A proposta do processo enzimático, comparado ao alcalino, é vantajoso na separação e purificação dos produtos, não necessita de água de lavagem e nem faz uso de ácido para neutralização, mostrando-se uma rota mais limpa. Além disso, o ciclo de separação tem menor gasto energético, com economia de 233% de água de resfriamento e de 34,4% de energia.
- Desenvolvimento do processo de produção de biodiesel a partir da semente de soja com cossolvente(2016) Fortini, P. L. A.Devido previsão de esgotamento da energia gerada por combustíveis de fontes não renováveis, o desenvolvimento de processos para gerar biocombustíveis se torna necessário. Neste contexto, no presente projeto foi proposto o desenvolvimento de um processo de produção de biodiesel associado à tecnologia de extração com solvente em duas fases. A extração do óleo de soja foi realizada com hexano e metanol. Após a extração, a solução leohexano obtida foi transesterificada por catálise básica sem a remoção do hexano (cossolvente) para facilitar a mistura dos reagentes, acelerar a reação e facilitar a separação do glicerol. No desenvolvimento do projeto, em uma primeira etapa foi estudado a separação dos ácidos graxos livres (AGL) do óleo de soja com soluções de hexano, metanol e água. Além disso foi determinado também a quantidade de hexano necessário para a formação de uma fase, a conversão e cinética da reação de transesterificação com cossolvente. Com base nos resultados experimentais foi possível determinar a constante cinética para ambas as condições, com cossolvente e sem cossolvente. A constante cinética do ensaio com cossolvente foi aproximadamente 4 vezes maior do que o ensaio sem solvente, mostrando que a limitação da transferência de massa foi superada. Na etapa de desenvolvimento do processo determinou-se que o melhor modelo a ser utilizado foi o UNIFAC para a etapa de remoção dos ácidos graxos livres e o modelo UNIFAC-DMD para as demais operações do processo. Determinou-se que a relação ótima é de 3 kg de hexano por kg de óleo e 5,4 kg de metanol por kg de óleo, para que a concentração de ácidos graxos livres fosse menor que 0,5% em base mássica. Na de transesterificação utilizou-se a razão molar de 6 mol de metanol por mol de óleo e uma concentração mássica 0,75% de NaOH em relação ao óleo e utilizou-se a relação mássica de 1,49 kg de hexano por kg de óleo, suficiente para o equilíbrio de fases dos reagentes. Após as separações e refinos obteve-se 0,941 kg de biodiesel por kg de óleo alimentado no processo, com características físico-químicas de acordo com as especificações da ANP. Obteve-se também 0,0985 kg de glicerol por kg de óleo alimentado no processo, tendo este uma pureza de 99%.