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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Modelagem do ponto crítico de misturas multicomponentes presentes na produção de biodiesel
metadata.dc.creator: Barros, Kayo Santana
metadata.dc.contributor.advisor1: Romanielo, Lucienne Lobato
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Watanabe, érika Ohta
metadata.dc.contributor.referee1: Dantas, Sandra Cristina
metadata.dc.contributor.referee2: Hori, Carla Eponina
metadata.dc.contributor.referee3: Ferreira, Juliana de Souza
metadata.dc.description.resumo: Biodiesel é uma mistura de alquil ésteres de ácidos graxos e é obtido industrialmente pela transesterificação de óleos vegetais ou gorduras animais com álcoois de cadeia curta geralmente na presença de catalisadores de caráter ácido ou básico. Contudo, a presença destes catalisadores causa diversas inconveniências ao processo. A transesterificação com álcool em condições supercríticas tem sido então avaliada com sucesso, já que esta é capaz de minimizar as limitações e proporcionar altos rendimentos. A adição de diversos co-solventes tem sido reportada com o objetivo de aumentar a solubilidade entre a mistura álcool/óleo e reduzir a temperatura e pressão operacionais. Entretanto, a grande quantidade de variáveis que influenciam a produção de biodiesel em condições supercríticas torna a avaliação deste processo bastante complexa. Embora algumas substâncias envolvidas na transesterificação não apresentem propriedades críticas definidas experimentalmente, estudos de modelagem empregando equações cúbicas têm grande importância, visto que trabalhos experimentais requerem equipamentos de alto custo, longo tempo e gastos com reagentes. Em virtude do exposto, a presente dissertação de mestrado teve como objetivo determinar o ponto crítico de misturas binárias (álcoois + co-solventes, ésteres + co-solventes), pseudo-binárias (óleos + álcoois), pseudo-ternárias (óleos + álcoois + co-solventes), pseudo-quaternárias (óleos + álcoois + ésteres + glicerol) e pseudo-quinárias (óleos + álcoois + co-solventes + ésteres + glicerol) presentes na produção de biodiesel. Diversos co-solventes, tais como dióxido de carbono, propano, hexano, ciclo-hexano e tolueno foram testados. O método da construção das curvas de ponto de bolha utilizando as equações de estado cúbicas de Peng-Robinson, Soave Redlich-Kwong e regra de mistura de van der Waals foi utilizado. Em adição, foram determinados parâmetros de interação binária de uma variedade de misturas e a partir dos resultados obtidos, foram desenvolvidas correlações deste termo em função da temperatura do sistema binário e das propriedades críticas das substâncias puras. De acordo com os resultados obtidos, a adição de propano e dióxido de carbono na mistura reacional pseudo-ternária reduz significativamente a temperatura crítica (Tc) do sistema, contudo, observa-se um aumento expressivo da pressão crítica (Pc) especialmente quando adicionado o CO2. Já a adição de hexano, ciclo-hexano e tolueno promoveram a redução de Tc e Pc simultaneamente. Quanto às misturas pseudo-quaternárias e pseudo-quinárias, observou-se pela avaliação de sistemas reacionais reportados da literatura que a mistura não precisa, necessariamente, se encontrar no estado supercrítico para que sejam obtidos altos rendimentos, embora a pressão do sistema deva estar sempre acima da Pc da mistura reacional final. Assim, uma possível forma de delimitar a região de operação da transesterificação é: 0,88 < Tr < 0,95 e 1,1 < Pr < 1,5. Em relação aos parâmetros de interação binária, a modelagem se mostrou eficaz visto que os desvios na pressão e composição foram reduzidos utilizando os valores dos parâmetros obtidos pela regressão com dados experimentais e pelas correlações.
Abstract: Biodiesel is a mixture of alkyl esters and it is industrially obtained by transesterification of vegetable oils or animal fats with a short-chain alcohol usually in the presence of an alkali or acid catalyst. However, the presence of these catalysts causes various inconveniences to the process. The transesterification with alcohol in supercritical conditions has been successfully evaluated since it is able to minimize these limitations and provide high yields. The addition of various co-solvents has been reported aiming the increase of the solubility of the alcohol/oil mixture and the reduce of operational temperature and pressure. However, the large number of variables which influence the production of biodiesel in supercritical conditions makes the assessment of this process very complex. Although some pure substances involved in the transesterification do not have critical properties experimentally defined, modeling studies employing cubic equations are very important since experimental works require costly equipment, long time and high reagents costs. In view of the exposed, the present master thesis aimed to determine critical points of binary mixtures (alcohol + co-solvent, ester + co-solvent), pseudo-binary (oil + alcohol) pseudo-ternary (oil + alcohol + co-solvent), pseudo-quaternary (oil + alcohol + ester + glycerol) and pseudo-quinary (oil + alcohol + co-solvent + ester + glycerol) present in biodiesel production. Various co-solvents such as carbon dioxide, propane, hexane, cyclohexane and toluene were tested. The method of construction of the bubble point curve using the cubic equation of state Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong and van der Waals mixing rules was used. In addition, binary interaction parameters were determined of a variety of mixtures and correlations were developed as function of the system temperature and critical properties of pure substances. According to the results, the addition of propane and carbon dioxide in the pseudo-ternary reaction mixture significantly reduced the critical temperature (Tc) of the system, however, a significant increase in critical pressure (Pc) was verified especially when CO2 was added. The addition of hexane, cyclo-hexane and toluene promote the simultaneously reduction of Tc and Pc. For the pseudo-quaternary and pseudo-quinary mixtures, it was verified in the evaluation of reactive systems reported in literature that the mixture do not need, necessarily, to be in the supercritical state to obtain high yields, although the system pressure must always be above the Pc of the final reaction mixture. Thus, one possible way to define the transesterification operating region is: 0. 88 < Tr < 0.95 and 1.1 < Pr < 1.5. Regarding the binary interaction parameters, the modeling was effective since the deviations in pressure and composition were reduced using the parameter values which were obtained by regression with experimental data and by the correlations.
Keywords: Teoria do ponto crítico (Análise matemática)
Biodiesel
Ésteres
Modelagem a alta pressão
Ponto crítico
Co-solventes
Biodiesel
Esters
High pressure modeling
Critical point
Co-solvents
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: BARROS, Kayo Santana. Modelagem do ponto crítico de misturas multicomponentes presentes na produção de biodiesel. 2016. 130 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15261
Issue Date: 15-Feb-2016
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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