Orientadores: Teresa Massako Kakuta Ravagnani, Leila Peres

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: O biodiesel além de ser biodegradável e obtido de fontes renováveis, apresenta propriedades físico-químicas muito semelhantes ao diesel de petróleo, não necessitando de um novo motor para utilização do mesmo. A rota química mais comumente usada para obtenção do biodiesel é a...

Resumo: O biodiesel além de ser biodegradável e obtido de fontes renováveis, apresenta propriedades físico-químicas muito semelhantes ao diesel de petróleo, não necessitando de um novo motor para utilização do mesmo. A rota química mais comumente usada para obtenção do biodiesel é a transesterificação. Nesta, pela reação de um álcool com os triacilgliceróis (TAG) presentes principalmente em óleos vegetais e gordura animal, são produzidos o biodiesel e, como produto secundário, o glicerol em grandes quantidades. A presença deste glicerol é indesejada, pois além de diminuir a produtividade do biodiesel pelo equilíbrio termodinâmico estabelecido no processo, também aumenta seu custo pelo alto tempo de decantação e/ou uso de centrífugas para remover o glicerol do biodiesel. Devido a este inconveniente, o presente trabalho propõe rota alternativa para separação do glicerol, utilizando membrana de microfiltração (TiO2/Al2O3). Vários sistemas foram analisados, focando a separação do glicerol, o aumento do fluxo permeado e da conversão de TAG na catálise heterogênea. Inicialmente estudou-se a permeabilidade e seletividade dos reagentes e produtos obtidos na síntese do biodiesel com a membrana, através de experimentos binários. A partir destes resultados, estabeleceu-se uma nova configuração do sistema para então analisar estes fatores em misturas compostas pelos quatro constituintes do processo através de um planejamento fatorial. Os resultados apresentados geraram modelos que descrevem com 95% de confiabilidade o coeficiente de rejeição ao glicerol e o fluxo permeado frente aos fatores analisados (nível de emulsificação, razão molar óleo/etanol e conversão de TAG). Selecionou-se então, uma melhor faixa destes fatores que resultem em um máximo de rejeição ao glicerol com máximo fluxo permeado, obtendo um resultado bastante representativo do processo que apresentou um bom fluxo permeado (90,11kg/h.m2) com alta rejeição de glicerol (98,69%). Posteriormente propôs-se um estudo do processo simultâneo de reação e separação (leito fixo catalítico envolto em membrana), sendo selecionado para a reação de síntese um catalisador heterogêneo (SrO suportado em alumina), visando facilitar o processo de separação e reduzir significativamente o número de etapas de purificação dos produtos. Os resultados de conversão do TAG foram baixos, impossibilitando uma análise completa do sistema com esta configuração do ponto de vista de reação e separação concomitante

Abstract: In addition to being biodegradable and renewable, Biodiesel presents physicochemical properties very similar to those of petroleum-based diesel, so a new engine is not required for its use. The most commonly used chemical process for obtaining biodiesel is transesterification. In this...

Abstract: In addition to being biodegradable and renewable, Biodiesel presents physicochemical properties very similar to those of petroleum-based diesel, so a new engine is not required for its use. The most commonly used chemical process for obtaining biodiesel is transesterification. In this process, through the reaction of an alcohol with triacylglycerols (TAG) present mainly in vegetable oils and animal fat, biodiesel is formed with large quantities of glycerol as a byproduct. The presence of glycerol is unwanted because besides reducing the productivity of biodiesel through the thermodynamic equilibrium established in the process, it also increases the cost due to the long time for settling and/or use of centrifuges for removing the glycerol from biodiesel. Taking into account this inconvenience, this paper proposes an alternative process for the separation of glycerol, using TiO2/Al2O3 membranes. Various systems were analyzed, focusing on the separation of glycerol, the increase of the permeate flux, and the increase in the TAG productivity in heterogeneous catalysis. At first we studied the permeability and selectivity of reagents and products obtained in the biodiesel synthesis with a membrane through binary experiments. From these results a new configuration of the system was established, with subsequent analysis of the new interaction in mixtures of the four components of the process (oil, Ethanol, Biodiesel, glycerol) using a factorial design as tool. Results presented in the factorial design generated models that describe with 95% reliability the glycerol rejection coefficient and the permeate flux compared to the analyzed factors (level of emulsification, molar ratio of oil/ethanol and TAG conversion). A best range of factors that result in a maximum glycerol rejection with maximum permeate flux was selected, obtaining a fairly representative result of the process showing a good permeate flux (90.11 kg/h.m2) with high glycerol rejection rate (98.69%). Subsequently, the study of the reaction and separation simultaneous process was proposed (fixed catalytic bed involved in a membrane) selecting an heterogeneous catalyst (SrO on alumina) to facilitate the separation process and significantly reduce the number of purification steps of products. Results of biodiesel conversion were low, preventing a full assessment of the system with this configuration considering simultaneous reaction and separation