Resumo: As preocupações ambientais e os riscos de escassez energética vêm impulsionando a transição para uma economia baseada em recursos renováveis; neste contexto, o biodiesel se mostra como uma fonte promissora de energia. O biodiesel pode ser produzido pela transesterificação de óleos com um álcool de cadeia curta, em presença de catalisadores. A rota etílica de produção é interessante, pois possibilita diminuição dos impactos ambientais e é renovável. O óleo do caroço de algodão por ser subproduto, seu custo tende a ser baixo. Neste contexto, este projeto de pesquisa desenvolveu um processo de produção de biodiesel a partir do óleo de algodão, utilizando etanol como solvente nas etapas de desacidificação do óleo e de produção do biodiesel, além de utilizar o glicerol na destilação extrativa para a recuperação do etanol. O software Aspen Plus® foi utilizado para as simulações, avaliando também os parâmetros termodinâmicos e cinéticos. Validou-se a simulação utilizando a etapa de desacidificação do óleo de farelo de arroz por ter os dados disponíveis na literatura. As etapas da planta de processo do biodiesel consistiram em desacidificação do óleo bruto, reação de transesterificação com etanol e hidróxido de potássio, neutralização, purificação e concentração dos ésteres etílicos, destilação extrativa para recuperação dos solventes, além das etapas de purificação e concentração dos ácidos graxos. Avaliou-se a extração dos ácidos graxos do óleo com 25°C e com 36°C. A reação de transesterificação foi realizada em duas etapas, para obter maior conversão em menos tempo da reação. A fim de minimizar a energia consumida no processo realizou a análise Pinch e a integração energética (IE). Os dois cenários foram avaliados e integrados, gerando os cenários C3 (desacidificação à 25 °C com IE) e C4 (36°C com IE) obtendo redução de 42,8% e 34,0% dos requisitos de energia, respectivamente. Todos os cenários apresentaram Valor Presente Líquido (NPV) positivo, indicando que a produção de biodiesel etílico de algodão com a destilação extrativa usando glicerol são economicamente viáveis, sendo C4 configuração mais rentável. Assim, processando 18750 kg/h de óleo de caroço de algodão bruto contendo 4,5% (m/m) de ácidos graxos livres, obtém-se 18860,5 kg/h de biodiesel, 843,5 kg/h de ácido graxo de algodão e 1958,2 kg/h de glicerol. E, internamente, são processados 16492,9 kg/h de etanol anidro e 42000 kg/h de glicerol para reutilização. Na avaliação de possível ganho usando paradestilação em sistemas do tipo da destilação extrativa como desse estudo, possibilitou verificar que o uso de paradestilação para a primeira etapa da destilação extrativa, que separa o etanol, traz ganhos econômicos, reduzindo a razão de refluxo. Na coluna de recuperação que separa o glicerol da água, não apresentou melhora significativa. Ainda assim, ao substituir pela coluna de paradestilação com redução da taxa de refluxo reduziu o custo operacional anual. A destilação extrativa com paradestilação na coluna extrativa e coluna de recuperação torna o processo mais rentável Ver menos

Abstract: Environmental concerns and the risks of energy scarcity are driving the transition to a renewable resource-based economy, and in this context, biodiesel is emerging as a promising source of energy. Biodiesel can be produced by the transesterification of oils with a short-chain alcohol, both in the presence of catalysts. The ethyl route of production is interesting because it enables a decrease in environmental impacts and is renewable. Cottonseed oil for being a byproduct, its cost tends to be low. In this context, this research project developed a biodiesel production process from cottonseed oil using ethanol as a solvent in the oil's deacidification and biodiesel production steps, as well as using glycerol in extractive distillation for ethanol recovery. The Aspen Plus® software was used for simulations, also evaluating the thermodynamic and kinetic parameters. The simulation was validated using the rice bran oil deacidification step as data was available in the literature. The process plant steps for biodiesel mainly consisted of crude oil deacidification, transesterification reaction with ethanol and potassium hydroxide, neutralization, purification and concentration of ethyl esters, extractive distillation for solvent recovery, as well as purification and concentration steps for fatty acids. The extraction of fatty acids from the oil was evaluated at 25°C and 36°C. The transesterification reaction was carried out in two stages to achieve higher conversion in less time. In order to minimize energy consumption, energy integration (EI) was performed. Both scenarios were evaluated and integrated, generating scenarios C3 (deacidification at 25°C with EI) and C4 (36°C with EI), resulting in a reduction of 42.8% and 34.0% in energy requirements, respectively. All scenarios showed a positive Net Present Value (NPV), indicating that the production of cotton ethyl biodiesel with extractive distillation using glycerol is economically viable, with C4 being the most profitable configuration. Thus, processing 18750 kg/h of crude cottonseed oil containing 4.5% (w/w) of free fatty acids results in 18860.5 kg/h of biodiesel, 843.5 kg/h of cotton fatty acids, and 1958.2 kg/h of glycerol. Internally, 16492.9 kg/h of anhydrous ethanol and 42000 kg/h of glycerol are processed for reuse. Evaluating the potential gain of using parastillation in extractive distillation systems, as in this study, it was found that the use of parastillation for the first stage of extractive distillation, the extractive column that separates ethanol, brings economic benefits by reducing the reflux ratio. In the recovery column that separates glycerol from water, the utilization of parastillation did not show significant improvement. Even so, by replacing the conventional column with a paradistillation column with reduced reflux ratio, it was possible to reduce the annual operational cost. Extractive distillation with parastillation in the extractive column and column for recovery makes the process more profitable Ver menos