Engenharia Química
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Artigo de evento 0 Citação(ões) na Scopus Use of hydrodynamic cavitation as an alternative for biodiesel production(2009-08-30) SANTOS, S. L. DOS; FERREIRA, M. S.; Maristhela Passoni de Araújo Marin; Luis Novazzi© 2009 by ABCM.Biodiesel is known as an alternative to conventional petrodiesel because of its renewability and better combustion performance, in addition to reducing emissions, harmful to the environment. Biodiesel production consists on the transesterification of triglycerides with an alcohol and the reaction is affected by the alcohol type, temperature, molar ratio of alcohol to oil and catalyst type and amount. Since this reaction is a heterogeneous one, reagent mixing is also of crucial importance and traditionally the blending is carried out by using mechanical mixers. In this work a different approach is proposed, where the mixing is induced by hydrodynamic cavitation provoked by an orifice plate connected to the suction of a centrifugal pump. Biodiesel production was carried out at 45°C with a 1:8 molar ratio of soybean oil to ethanol. It was observed that the method assisted by hydrodynamic cavitation promotes the enhancement of biodiesel yield in comparison to the conventional method that uses mechanical stirring. In comparative tests carried out from 0 to 40 minutes, the hydrodynamic cavitation always showed conversion rates larger than the mechanical agitation. Although specific energy consumption in biodiesel production is slightly higher for hydrodynamic cavitation when compared to conventional mechanical mixing, it was observed that in the alternative approach the equipment employed is simple and has a low acquisition cost, showing that it has a great potential to be scaled up and used in industrial processes.Artigo de evento 0 Citação(ões) na Scopus Influence of feedstock on biodiesel corrosiveness and degradation(2014-11-16) Isabella Aquino; ALVES, T. P.; SILVA, F. F. R; AOKI, I. V.; Ricardo TorresArtigo de evento 0 Citação(ões) na Scopus Transesterification of sunflower oil produced by solvent extraction(2014-11-16) Maristhela Passoni de Araújo Marin; Luis Novazzi; DENARI, M. L.In this work, the leaching of oil from sunflower seeds using hexane was studied. The solution of oil / hexane was thereafter transesterified, with methanol and potassium hydroxide (KOH) as the catalyst, in a batch reactor, for 1 hour and with a constant temperature of 45 °C. It is important to point out that the extracted oil was not refined and was directly used on transesterification reactions. The hexane in the oil / hexane solution acted as a cosolvent and made the oil / methanol mixture forms a single-phase. Experimental results obtained in the transesterification reactions showed that the increase of methanol / oil mole ratio on reaction yield is negative, whereas the increase of catalyst concentration on reaction yield is positive. Reaction yields decreased 18.00% on average when the mole ratio methanol / oil was increased. When catalyst concentration was augmented, reaction yields increased 15.19%, on average. These results are statistically meaningful, since the standard deviation was equal to 0.48%. Moreover, an interaction between methanol / oil mole ratio and catalyst concentration on reaction yield was observed.Artigo de evento 1 Citação(ões) na Scopus Influence of the synthetic antioxidants, BHT and TBHQ, on soybean biodiesel corrosiveness and degradation(2015-11-08) Isabella Aquino; CELIBERTO, B. P.; ALVES, T. P.; AOKI, I. V.; Ricardo Torres- Cinética de transesterificação de óleo de palma em meio alcalino(2016) Ferreira, M. C.
- 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.
- Estudo de processo para a obtenção de triacetina a partir de glicerol(2018) Pereira, V. M. S.Com a disseminação da utilização de combustíveis renováveis, a produção de biodiesel aumentou muito nas últimas décadas. Em função disto, o glicerol, um subproduto dessa produção, tornou-se abundante no mercado químico, passando a ter um baixo valor de venda. Uma rota rentável para o beneficiamento do glicerol é a conversão dele em triacetina, via processo de acetilação. A triacetina é um importante acetato utilizado como aditivo de combustível, aditivo alimentar, produção de plásticos biodegradáveis, dentre outros. Por esse motivo, o presente trabalho tem como intuito estudar o processo de produção de triacetina a partir do glicerol, simulando duas diferentes topologias: uma delas combinando um reator de mistura perfeita e uma coluna de destilação e a outra envolvendo uma coluna de destilação reativa. Foram obtidas as energias livre de Gibbs para acetilação do glicerol e dos seus produtos para três modelos cinéticos, disponibilizados na literatura, usando como catalisador ácido acético em excesso, ácido sulfúrico e Amberlyst-15. O modelo com catálise de excesso de ácido acético apresentou os melhores resultados para os produtos, com baixos erros quando comparado aos dados de Gibbs apresentados na literatura. O sistema reacional foi representado por três reações de equilíbrio, nas quais são conduzidas acetilações sucessivas. A fim de se avaliar a influência da temperatura sobre a seletividade e a conversão nesse sistema, fez-se uma varredura em Matlab, num modelo matemático em batelada, simulado até se atingir o equilíbrio. Esse mapeamento mostrou que é interessante se trabalhar com temperatura próxima a 373 K, o que leva a razoável conversão e boa seletividade. As topologias de processo foram simuladas em AspenPlus, utilizando o NRTL como pacote termodinâmico. Configurações para a coluna reativa foram simuladas, realizando analises com a alimentação dos produtos sendo feita nos mesmo estágio de alimentação, em estágios diferentes e utilizando dois elementos de arraste na coluna reativa, acetado de isobutila e hexano. Essas simulações mostraram que o emprego de coluna de destilação reativa com alimentação em pratos diferentes proporcionaram conversão de quase 75% de glicerina e com consumo específico de utilidade quente e fria de 4,0 e 3,9 MJ·kg-1 , respectivamente. Essa foi a maior conversão nos sistemas estudados e, além disso, com os menores consumos específicos 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%.