Programa de Pós-Graduação de Mestrado e Doutorado em Engenharia Química
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- Estudo da produção de biodiesel utilizando resina aniônica na presença cossolvente(2020) Bessa, B. G.O Brasil é um país que possui diversas opções de matrizes energéticas devido a condições climáticas favoráveis, disponibilidade de terras para cultivo de diferentes culturas, reservas petrolíferas, dentre outras alternativas para serem utilizadas como fonte de matéria-prima com o intuito de gerar energia. O biodiesel é um exemplo de energia, utilizada no setor de transportes, derivada de fontes renováveis, sendo proveniente de óleos e gorduras vegetais e animais, geralmente produzido utilizando metanol como agente transesterificante em catálise homogênea com uma base. Esta catálise, porém, gera resíduos devido a necessidade de lavagem do biodiesel gerado, com o objetivo de atender as normas de qualidade do produto. Há, então, uma necessidade de desenvolvimento de rotas de produção que sejam mais econômicas e que utilizem catalisadores de fácil separação e recuperação, viabilizando a sua reutilização. Neste trabalho é proposto o estudo da reação de transesterificação metílica do óleo de soja com a resina de troca aniônica, Amberlyst A26®, como catalisador heterogêneo. Esta reação foi conduzida utilizando a razão molar álcool/óleo 9:1, a 50 ºC, pressão ambiente e 300 rpm de agitação. Foram estudados os efeitos da quantidade de catalisador empregado, tempo de reação, secagem prévia da resina e quantidade de cossolvente adicionado. O primeiro experimento mostrou um pico de conversão da reação para a quantidade de resina de 2,5% m/m em relação ao óleo, resultando em 1,04 ± 0,01%, no tempo de 90 minutos. Porém notou-se um leve aumento quando a resina foi seca em estufa a 50 ºC, com o intuito de retirar a água residual dos seus poros, obtendo-se o resultado de 2,50 ± 0,01%, considerando o mesmo tempo de reação de 90 min. Para tempos reacionais maiores não foi verificada uma melhoria considerável na conversão. Com o intuito de verificar a influência da presença de cossolvente no meio reacional, foram utilizadas quatro quantidades diferentes de n-hexano - razão mássica de cossolvente em relação à massa de óleo iguais a 0,5; 0,6; 0,8 e 1,0 – mantendo-se as demais condições reacionais constantes. Verificou-se um aumento considerável na conversão reacional ao se utilizar o cossolvente em todas as proporções estudadas. A maior conversão atingida foi de 53,66 ± 0,02% quando se utilizou a relação mássica de 0,8 de cossolvente em relação à massa de óleo. Conclui-se que a prévia secagem da resina antes de utilizá-la na reação e a adição de cossolvente no meio geram um aumento da conversão. A resina foi caracterizada por MEV e esta análise mostrou que a partícula da resina é esférica e sua superfície é lisa, sem grandes variações quando a mesma estava in natura e quando foi seca
- Produção de 5-hidroximetil-2-furfural a partir de frutose catalisada por compostos de nióbio, de zircônio, e de resinas de troca iônica superacidificadas(2018) Antonio, I. L.A produção de novos materiais não provenientes do petróleo acaba sendo muito desafiadora para os cientistas, gerando novas tecnologias que tornam os processos ambientalmente viáveis e sustentáveis. Um dos principais desafios desses processos está relacionado à redução de impactos ambientais, o que implica a necessidade de desenvolver materiais que eliminem a utilização e a produção de substâncias tóxicas. Uma alternativa para responder a essa demanda é investir em novos processos de biorrefinarias para converter a biomassa em biocombustíveis, bioenergia e produtos químicos orgânicos. O 5-hidroximetilfurfural (HMF) é um composto chave para produção de combustíveis e compostos de química fina a partir de fontes renováveis, com grande potencial de substituir derivados do petróleo, matérias plásticas sintéticas, produtos oriundos da química fina e fármacos. É produzido, principalmente, por desidratação da frutose ou da glicose utilizando-se catalisadores ácidos. Neste trabalho, essa reação foi estudada utilizando-se um reator tubular de leito recheado (PBR), empregando-se catalisadores à base de compostos de nióbio e de zircônio, ambos minerais abundantes no Brasil e com potencial aplicação como catalisadores, além de resinas de troca iônica modificadas (resinas CT275 e SGC650H superacidificada) e como solventes o DMSO (dimetilsulfóxido) e soluções constituídas por DMSO e água. Dentre todos catalisadores preparados e avaliados, as resinas de troca iônica superacidificadas geraram os melhores resultados, seguidos dos catalisadores à base de composto de zircônio e daqueles produzidos com compostos de nióbio. A comparação entre os rendimentos máximos obtidos utilizando-se as resinas CT275 e SGC650H e as suas formas superacidificadas mostrou uma diferença significativa entre os resultados obtidos, atingindo 28% e aproximadamente 100%, respectivamente. Nesse estudo, o tempo de reação foi a única variável significativa. Os melhores resultados observados foram para o sistema de alimentação constituído por DMSO e frutose. É importante salientar que nos resultados obtidos com as soluções preparadas de DMSO e água (9:1 molar e 9:1, em massa) praticamente igualaram os resultados obtidos com o solvente DMSO anidro. Para os demais catalisadores utilizados foi observado que nos meios reacionais formados por sistemas mistos constituídos por DMSO e água ocorreu uma diminuição de forma acentuada na conversão de frutose para HMF.
- Obtenção de 5-hidroximetil-2-furfural (HMF) a partir da desidratação catalítica de açúcares(2017) Tacacima, JulianaO 5-hidroximetil-2-furfural (HMF) é um composto furânico considerado como uma importante plataforma química, pois pode ser obtido a partir de matérias-primas renováveis e tem ampla aplicação na indústria, agindo como um intermediário na produção de químicos finos, materiais poliméricos, biocombustíveis e fármacos. Por esse motivo, o presente projeto possui o intuito de estudar experimentalmente a reação de formação do HMF por catálise heterogênea, variando-se catalisadores e reagentes, com determinação de rendimento e seletividade para otimização e levantamento de dados cinéticos. Ensaios em reator batelada realizados em meio aquoso permitiram concluir que a frutose e a resina de troca iônica gel SGC650H apresentaram melhor desempenho que a glicose e a resina macroporosa CT275, respectivamente. O rendimento de HMF máximo de 20 % em 3,5 h a 110 °C e a conversão de 84 % após 7,5 h de reação indicaram que a reação não foi seletiva. A melhor forma de aumentar a seletividade do HMF é a utilização de solventes não aquosos, visto que a água degrada o produto em condições de alta temperatura e meio. Utilizando dimetilsulfóxido (DMSO) como solvente obtiveram-se rendimentos expressivamente maiores chegando a quase 100 % em 3 h de reação a 110 °C. Além da utilização de reator batelada, ensaios em reator contínuo também foram realizados com frutose, DMSO e resina SGC650H como catalisador no leito recheado. A análise das reações com DMSO permitiu concluir que o aumento da temperatura e a redução do tamanho da partícula do catalisador favorecem a reação, ao contrário da concentração de alimentação da frutose. Considerando um modelo cinético de pseudo primeira ordem, obtiveram-se constantes cinéticas e parâmetros de Arrhenius, que variaram com a concentração de reagente alimentado. Essa variação mostrou-se linear para a relação de Cremer-Constable o que indicou que o modelo foi insuficiente para caracterizar a reação. Testaram-se também modelos de taxas de reação de Langmuir-Hinshelwood (LHHW) com uma etapa limitante, porém não foi possível obter uma equação de taxa por esta abordagem.