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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo da eterificação catalítica de glicerol em reator contínuo
Alternate title (s): Study of catalytic etherification of glycerol in a continuous reactor
Author: Lemos, Caroline Ortega Terra
First Advisor: Hori, Carla Eponina
First coorientator: Cardozo-Filho, Lucio
First member of the Committee: Finzer, José Roberto Delalibera
Second member of the Committee: Silva, Priscila Pereira
Third member of the Committee: Duarte, Cláudio Roberto
Fourth member of the Committee: Romanielo, Lucienne Lobato
Summary: A eterificação catalítica de glicerol com álcoois de cadeia curta para obter mono, di e trialquil éteres de glicerol, que podem ser aplicados como valiosos aditivos combustíveis, se mostra uma rota promissora na solução da problemática do excesso de glicerol no mercado. O conhecimento do comportamento de fases para as misturas contendo álcool e glicerol sob alta pressão é um passo chave no desenvolvimento do processo de eterificação usando reagentes pressurizados. Dessa forma, neste trabalho primeiramente foram realizadas medidas de equilíbrio de fases do sistema etanol(1) + glicerol(2) a temperaturas variando de 150 a 250 °C. Os dados de equilíbrio de fases foram correlacionados usando a equação de estado de Peng Robinson acoplada às regras de mistura de van der Waals, a nível quadrático quanto à composição. Posteriormente, um reator contínuo foi selecionado para avaliar as reações de eterificação de glicerol com etanol conduzidas sob pressão atmosférica e sob alta pressão. Os desempenhos catalíticos da Amberlyst 15, zeólita beta e ácido nióbico foram comparados e o melhor resultado em termos de rendimento em éteres foi selecionado para uma investigação mais profunda. Os parâmetros do processo para reações realizadas sob pressão atmosférica e em alta pressão foram definidos como: temperatura (160 a 210 °C e 180 a 250 °C), razão molar etanol: glicerol (4:1 a 16:1 e 4:1 a 20:1) e quantidade de catalisador (0 a 0,8 g para ambos os casos). O efeito de cada um dos parâmetros, bem como de suas interações na conversão de glicerol e no rendimento em éteres foi avaliado utilizando planejamento de experimentos. Além disso, as variáveis resposta foram otimizadas usando análise canônica. A Amberlyst 15 apresentou o melhor desempenho dentre os catalisadores testados. Os resultados mais promissores foram alcançados em reações conduzidas sob alta pressão. O máximo rendimento em éteres foi de 56% observado na temperatura de 238 °C, razão molar etanol/glicerol de 16/1 e 0,61 g de catalisador. Também foram identificadas condições com alta conversão de glicerol (97%). Por fim, o reator contínuo operado sob alta pressão mostrou ser uma excelente alternativa para converter glicerol em éteres.
Abstract: Catalytic etherification of glycerol with short-chain alcohols to obtain mono, di and trialkyl glyceryl ethers, which can be applied as valuable fuel additives, shows a promising route in the solution problem of glycerol excess on the market. The knowledge of the phase behavior for alcohol and glycerol mixtures under high pressure is a key step in the development of the etherification process using pressurized reagents. Thus, in this work, phase equilibrium measurements of the ethanol (1) + glycerol (2) system were performed at temperatures ranging from 150 to 250 °C. The phase equilibrium data were correlated using the Peng Robinson equation of state coupled to the van der Waals mixing rules at quadratic level for composition. Subsequently, a continuous reactor was selected to evaluate the etherification reactions of glycerol with ethanol conducted under atmospheric pressure and under high pressure. The catalytic performances of Amberlyst 15, beta zeolite and niobic acid were compared and the best result in terms of ethers yield was selected for further investigation. The process parameters for atmospheric and high pressure reactions were defined as: temperature (160 to 210 ° C and 180 to 250 °C), ethanol: glycerol molar ratio (4:1 to 16:1 and 4:1 to 20:1) and amount of catalyst (0 to 0.8 g for both cases). The effect of each parameters as well as their interactions on glycerol conversion and yield to ethers was evaluated using experimental design. In addition, the response variables were optimized using canonical analysis. Amberlyst 15 showed the best performance among the catalysts tested. The most promising results were achieved in reactions conducted under high pressure. The maximum yield to ethers was 56% observed at the temperture of 238 °C, ethanol/glycerol molar ratio of 16/1 and 0.61 g of catalyst. Conditions with high glycerol conversion (97%) were also identified. Finally, the continuous reactor operated under high pressure proved to be an excellent alternative to convert glycerol into ethers.
Keywords: Glicerol
Glycerol
Eterificação catalítica
Catalytic etherification
Reator contínuo
Continuous reactor
Equilíbrio de fases
Phase equilibria
Alta pressão
High pressure
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: LEMOS, Caroline Ortega Terra. Estudo da eterificação catalítica de glicerol em reator contínuo - Uberlândia. 2018. 90 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.766.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.766
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/21335
Date of defense: 26-Feb-2018
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