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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Avaliação dos processos de filtração por membranas e de adsorção na purificação de biodiesel
metadata.dc.creator: Alves, Magno José
metadata.dc.contributor.advisor1: Reis, Miria Hespanhol Miranda
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Cardoso, Vicelma Luiz
metadata.dc.contributor.referee1: Resende, Miriam Maria de
metadata.dc.contributor.referee2: Coutinho Filho, Ubirajara
metadata.dc.contributor.referee3: Madrona, Grasiele Scaramal
metadata.dc.contributor.referee4: Rocha, Sandra Mara Santana
metadata.dc.description.resumo: O biodiesel é um biocombustível que pode ser utilizado como substituto ao diesel de petróleo. Uma das etapas críticas do processo de produção do biodiesel é a sua purificação, a qual, normalmente é realizada por lavagens sucessivas com água limpa. Este processo, além de dispendioso, resulta na geração de um volume considerável de efluente a ser tratado posteriormente. Desta forma, o objetivo principal desta pesquisa foi avaliar os processos de separação por membranas e de adsorção na purificação de biodiesel. A primeira etapa deste trabalho consistiu na produção do biodiesel, via rotas etílicas e metílicas, tendo como matéria-prima óleo de soja refinado. O biodiesel foi então purificado pela metodologia convencional, lavagem com água pura, e por processos utilizando membranas, sendo então avaliada a eficiência de membranas poliméricas de microfiltração e membranas cerâmicas de ultrafiltração. Foram utilizadas membranas poliméricas planas de microfiltração, mistas de éster de celulose de diâmetro de poro de 0,22 μm, e de polietersulfona de diâmetro de poro de 0,05 μm, além de membranas de ultrafiltração tubulares cerâmicas, de α-Al2O3/TiO2, de 5 kDa e 20 kDa. As membranas poliméricas foram avaliadas em um módulo que utiliza o princípio da filtração perpendicular, já as membranas cerâmicas foram testadas em módulo que utiliza filtrações tangenciais. Todos os experimentos com membranas foram realizados em temperatura ambiente. Os experimentos de microfiltração foram realizados em pressões transmembranas de 0,5 bar para a membrana de 0,22 μm e 2,5 bar para a membrana de 0,05 μm. Os experimentos com membranas de ultrafiltração foram realizados a uma pressão transmembrana de 4 bar. Estas pressões foram escolhidas com base em testes preliminares. O desempenho das membranas foi avaliado pela capacidade de retenção de glicerina e pelos valores de fluxos permeados após a estabilização. Além das filtrações de biodiesel cru, testes adicionais foram realizados com a adição de pequenos volumes de água ao biodiesel cru. Água deionizada foi adicionada à amostra de biodiesel nas proporções de 0,1 e 0,2% em peso. O teor de glicerina livre foi reduzido em todas as filtrações realizadas. Entretanto, entre as membranas testadas, o nível exigido de glicerina livre (0,02% em peso) foi alcançado com a membrana de 5 kDa. A adição de pequenos volumes de água (0,1% e 0,2% m/m) acarretou em um aumento significativo na remoção de glicerina livre enquadrando o biodiesel na legislação. Além da purificação por membranas, a lavagem a seco foi avaliada para purificação de biodiesel. Em uma segunda etapa, foram utilizados 9 adsorventes alternativos (Amberlite XAD®-2; bagaço de cana de açúcar; bagaço de cana de açúcar explodido; cinzas de bagaço; PVA; PVA sulfonado; Acetato de Celulose; Quitosana e Polisulfona) e um comercial (Magnesol® D-60) para remoção de glicerina presente no biodiesel. Os resultados demonstraram que apenas PVA não foi eficiente em reduzir o teor de glicerina aos valores estipulados pela legislação (0,02% em massa), sendo que o bagaço de cana de açúcar in natura apresentou melhores resultados, em termos de remoção de glicerina. A utilização dos adsorventes alternativos não alterou os parâmetros densidade, viscosidade e índice de acidez do biodiesel. Os dados cinéticos experimentais, do melhor adsorvente, se ajustaram melhor aos modelos de difusão intrapartícula e pseudo-segunda ordem, o que indica que o fator limitante da velocidade de difusão pode ser a transferência de massa e a quimissorção. Assim, os métodos alternativos testados de purificação de biodiesel se mostraram processos eficientes e com impacto ambiental.
Abstract: Biodiesel is a biofuel that can be used as a substitute for petroleum diesel. One of the critical stages of the biodiesel production process with respect to its purification, which is usually performed by successive washes with clean water. This process, besides been expressive, results in the generation of a considerable amount of effluent to be treated later. Thus, the main objective of this research was to evaluate the process of membrane separation and adsorption process in Biodiesel purification. The first stage of this work consisted in the production of biodiesel via ethylic and metílicas routes, using refined soybean oil. As a raw material the biodiesel was then purified by conventional methods, washing with pure water, and processes using membranes. Then the effectiveness of polymeric microfiltration membranes and ultrafiltration membranes in biodiesel purification. Was evaluated flat polymeric microfiltration membranes were used, 0.22 μm pore diameter of cellulose ester, and polyethersulfone 0.05 μm pore diameter, and ceramic tubular ultrafiltration membranes, α-Al2O3/TiO2, 5 kDa and 20 kDa. Polymeric membranes were evaluated in a module that uses the principle of the perpendicular filtration, whereas ceramic membranes were tested using tangential filtration module. All membrane experiments were performed at room temperature. The microfiltration experiments were performed in two transmembrane pressures 0.5 bar to the membrane of 0.22 μm and 2.5 bar for the membrane of 0.05 μm. For the experiments performed using ultrafiltration membrane, the transmembrane pressure was set ad 4 bar. These pressures were chosen based on preliminary tests. The performance of the membranes was evaluated by glycerin retention capacity and the permeate flow values after stabilization. Besides filtration of the crude biodiesel, additional tests were performed with the addition of small volumes of water to the crude biodiesel. Deionized water was added to the biodiesel sample in weight proportions of 0.1 to 0.2%. The free glycerol content was reduced in all filtrations. However, between the membranes tested, the level of free glycerin (0.02 wt%) was achieved with the 5 kDa membrane.The addition of small amounts of water resulted in a significant increase in removal of free glycerin required by biodiesel legislation. In addition to the purification by membranes cleaning was evaluated for biodiesel purification. 9 alternative adsorbents were used (Amberlite XAD®-2; sugarcane bagasse, sugarcane bagasse blown sugar, bagasse ash; PVA; sulfonated PVA, cellulose acetate, chitosan and Polysulfone) and commercial (Magnesol® D 60) for removal of glycerin present in the biodiesel. The results showed that only PVA was not effective in reducing the glycerine level values stipulated by legislation (0.02 weight %), and sugar cane bagasse in natura showed the best results in terms of removing glycerin. The use of alternative adsorbents did not change the parameters density, viscosity and acid number of the biodiesel. The experimental kinetic data obtained for the best adsorbent were adjusted to intraparticle diffusion models and pseudo-second order, which indicates that the limiting factor for the rate of diffusion can be mass transfer and chemisorption. Thus, alternative methods of purification of biodiesel were efficient processes with relative low cost and low environmental impact.
Keywords: Reação de transesterificação
Purificação de biodiesel
Lavagem de biodiesel
Processo com membrana
Microfiltração
Ultrafiltração
Lavagem a seco
Adsorção
Transesterification reaction
Biodiesel purification
Biodiesel washing process with membrane microfiltration
Ultrafiltration
Dry cleaning
adsorption
Biodiesel - purificação
Separação de membrana
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Citation: ALVES, Magno José. Avaliação dos processos de filtração por membranas e de adsorção na purificação de biodiesel. 2015. 140 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15084
Issue Date: 20-Oct-2015
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

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