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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Avaliação de métodos de contribuição de grupos sobre o desempenho da Equação de Peng-Robinson na avaliação do equilíbrio químico e de fases envolvendo triglicerideos, ésteres e glicerol
metadata.dc.creator: Arvelos, Sarah
metadata.dc.contributor.advisor1: Romanielo, Lucienne Lobato
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Hori, Carla Eponina
metadata.dc.contributor.referee1: Pessoa, Fernando Luiz Pellegrini
metadata.dc.contributor.referee2: Watanabe, érika Ohta
metadata.dc.contributor.referee3: Malagoni, Ricardo Amâncio
metadata.dc.description.resumo: O biodiesel substitui total ou parcialmente o diesel de petróleo e é um produto renovável. As reações de transesterificação vêm sendo utilizadas para a produção de biodiesel a partir dos triglicerídeos presentes em óleos vegetais. Esta reação consiste de forma global na reação de uma molécula de triglicerídeo com três moléculas de álcool tendo como produtos três moléculas de ésteres (biodiesel) e uma molécula de glicerol. Uma forma de se produzir biodiesel sem uso de catalisadores é pela reação de transesterificação em condições de temperatura e pressão superiores às do ponto crítico do álcool puro: é a chamada rota supercrítica. Esta rota provê grandes rendimentos, contudo os experimentos realizados na literatura indicam que são necessárias condições de temperatura e pressão elevadas e grande excesso de álcool para que estes altos rendimentos sejam alcançados, o que inviabiliza economicamente o uso industrial desta rota. O presente trabalho tem por objetivo definir o melhor conjunto de métodos para a estimação das propriedades necessárias para cálculos do equilíbrio químico da reação de transesterificação tendo em vista que estas propriedades carecem de estudo. Além disso, visa realizar a análise das composições no equilíbrio químico da reação de transesterificação avaliando de forma teórica condições de ótimo. Também almeja-se avaliar o equilíbrio de fases da mistura reacional de transesterificação. Do conjunto de métodos de estimação avaliados, os principais métodos para estimação de propriedades foram: método de Constantinou-Gani para estimação da temperatura normal de ebulição e entalpia de vaporização; método de Marrero-Gani para o volume crítico e entalpia de formação no estado padrão; método de Reidel para pressão de saturação quando a temperatura normal de ebulição está definida; método de Joback-Reid para a capacidade calorífica de gases e energia de Gibbs de formação no estado padrão. Quanto à predição de propriedades críticas, foi notado que o melhor conjunto de dados de temperatura crítica, pressão crítica e fator acêntrico que representam as moléculas de interesse quando puras utilizando a equação de estado de Peng-Robinson (temperatura e pressão críticas estimadas pelo método de Marrero-Gani e fator acêntrico pelo método de Han-Peng) não é necessariamente o melhor conjunto para predizer o comportamento destas moléculas quando em misturas binárias em equilíbrios de fase do tipo líquido-vapor binários a altas pressões. Comparando a equação de estado de Peng-Robinson e a equação de estado de Peng-Robinson com termo de associação SAFT (CPA-PR) notou-se que a equação de estado CPA-PR aprimora o grau de predição do comportamento das misturas em condições de temperatura próximas à crítica do álcool. Quanto à construção dos diagramas de fase da mistura reacional de transesterificação, notou-se, pela modelagem, que é possível obter um mistura homogênea (supercrítica) reacional do início ao fim da reação para razões molares de triglicerídeos:álcool de 30:1, com temperaturas em torno de 660 K e pressão de 131 bar. Quando à análise do equilíbrio químico da reação, utilizando-se metanol ou etanol, altos rendimentos em ésteres são possíveis para qualquer condição de temperatura acima de 650 K e razões molares álcool:óleo a partir de 20:1.
Abstract: Biodiesel replaces fully or partly common diesel and it is a renewable product. The transesterification reactions have been used to the production of biodiesel through triglycerides present in vegetable oils. Global transesterification reaction consists of reaction of one molecule of triglyceride with three molecules of alcohol having four molecules of products: three of esters (biodiesel) and one of glycerol. One way of producing biodiesel is without use of catalysts. In this route, the conditions of transesterification reaction are above the critical temperature and pressure of pure alcohol: it is the so-called supercritical route. This route provides high yields, but the experiments in the literature indicate that are required high temperature and pressure and large excess of alcohol to these high yields are achieved; these conditions prevent an economic or industrial use of this route. This study aims to determine the best set of methods for the estimation of the properties necessary for calculations of chemical equilibrium of the transesterification reaction taking into consideration that these properties need to be investigated. In addition, the goal of this study is to make the analysis of chemical equilibrium compositions in the transesterification reaction of evaluating theoretically optimal conditions. It also aims to evaluate the phase equilibrium of the transesterification reaction mixture. In set of estimation methods evaluated, the main methods for estimating properties were Constantinou-Gani method for estimating the normal boiling and vaporization enthalpy; Marrero-Gani method for the critical volume and standard state enthalpy of formation, Reidel method for vapor pressure when the normal boiling is defined; Jöback-Reid method for the heat capacity of gas and standard state Gibbs energy of formation. With regard to prediction of critical properties, it was noted that the best set of data of critical temperature, critical pressure and acentric factor that represent the molecules of interest when using the pure state equation Peng-Robinson (critical temperature and pressure estimated by the method of Marrero-Gani and acentric factor by the method of Han-Peng) is not necessarily the best set to predict the behavior of these molecules in binary mixtures in liquid-vapor at high pressures. Comparing the equation of state of Peng-Robinson and equation of state and the Peng-Robinson with term of association SAFT (CPA-PR) it was noticed that the equation of state CPA-PR improves the prediction of the behavior of mixtures under conditions near the critical temperature of the alcohol. With regard to the analysis of the phase equilibrium of the transesterification reaction mixture, it was noted, by modeling, it is possible to get a homogeneous mixture (supercritical) from beginning to end of the reaction to alcohol:triglyceride molar ratios of 30:1 with temperatures around 660 K and a pressure of 131 bar. With regard to the analysis of the chemical equilibrium of the reaction, using methanol or ethanol, high yields esters are possible for any condition above 650 K and molar ratio alcohol:oil at least 20:1.
Keywords: Biodiesel
Métodos de contribuição de grupos
Análise termodinâmica
Group contribution methods
Cubic-plus-association
Thermodynamic analysis
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: ARVELOS, Sarah. Avaliação de métodos de contribuição de grupos sobre o desempenho da Equação de Peng-Robinson na avaliação do equilíbrio químico e de fases envolvendo triglicerideos, ésteres e glicerol. 2013. 168 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15210
Issue Date: 29-Jul-2013
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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