Estudo de processo para a obtenção de triacetina a partir de glicerol
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Tipo de produção
Dissertação
Data
2018
Autores
Pereira, V. M. S.
Orientador
Novazzi, Luís Fernando
Periódico
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Citação
PEREIRA, V. M. S. Estudo de processo para a obtenção de triacetina a partir de glicerol. 2018. 97 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2018 Disponível em: . Acesso em: 27 jul. 2018.
Texto completo (DOI)
Palavras-chave
Biodiesel,Glicerol - acetilação,Triacetina
Resumo
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.
With the growth of the use of renewable fuels, biodiesel production has increased remarkably in the last decades. Thus, glycerol, a byproduct of this production has become abundant in the chemical market, with low market value. The conversion of glycerol into triacetin via acetylation process is a cost-effective route. Triacetin is an important acetate used as fuel additive, food additive, production of biodegradable plastics, among others. Then, this work aims to study triacetin production process from glycerol, simulating two different topologies: one combining a perfect mixing reactor and one distillation column; and the other involving a reactive distillation column. They were obtained the Gibbs free energy for glycerol acetylation and its products to three kinetic models available in the literature, using excess acetic acid, sulfuric acid and Amberlys-15 as the catalyst. The model with catalysis of excess acetic acid showed the best results for the products, with low errors when compared to the data of Gibbs presented in the literature. The reaction system was represented by three equilibrium reactions, where successive acetylations are conducted. A mathematical batch model was simulated in Matlab, until the chemical equilibrium was reached, in order to evaluate the influence of temperature on the selectivity and conversion of the system. This mapping suggested that working with a temperature close to 373 K because it leads to reasonable conversion and good selectivity. The process topologies were simulated by AspenPlus using NRTL as a thermodynamic package. Configurations for the reactive column were simulated, performing analyzes with the feed of the products being done in the same feeding stage, in different stages and using two entrainer, isobutyl acetate and hexane. These simulations showed that the use of a reactive distillation column with feed in different stages led to glycerol conversion of almost 75 % and with specific consumption of hot and cold utility of 4.0 and 3.9 MJ·kg-1 respectively. This was the highest conversion in the studied systems and, in addition, with the lowest specific energy consumption.
With the growth of the use of renewable fuels, biodiesel production has increased remarkably in the last decades. Thus, glycerol, a byproduct of this production has become abundant in the chemical market, with low market value. The conversion of glycerol into triacetin via acetylation process is a cost-effective route. Triacetin is an important acetate used as fuel additive, food additive, production of biodegradable plastics, among others. Then, this work aims to study triacetin production process from glycerol, simulating two different topologies: one combining a perfect mixing reactor and one distillation column; and the other involving a reactive distillation column. They were obtained the Gibbs free energy for glycerol acetylation and its products to three kinetic models available in the literature, using excess acetic acid, sulfuric acid and Amberlys-15 as the catalyst. The model with catalysis of excess acetic acid showed the best results for the products, with low errors when compared to the data of Gibbs presented in the literature. The reaction system was represented by three equilibrium reactions, where successive acetylations are conducted. A mathematical batch model was simulated in Matlab, until the chemical equilibrium was reached, in order to evaluate the influence of temperature on the selectivity and conversion of the system. This mapping suggested that working with a temperature close to 373 K because it leads to reasonable conversion and good selectivity. The process topologies were simulated by AspenPlus using NRTL as a thermodynamic package. Configurations for the reactive column were simulated, performing analyzes with the feed of the products being done in the same feeding stage, in different stages and using two entrainer, isobutyl acetate and hexane. These simulations showed that the use of a reactive distillation column with feed in different stages led to glycerol conversion of almost 75 % and with specific consumption of hot and cold utility of 4.0 and 3.9 MJ·kg-1 respectively. This was the highest conversion in the studied systems and, in addition, with the lowest specific energy consumption.