L. Martinelli1*, J. P. A. Silva1,
J. G. A. Pacheco1, D. A.G. Aranda2 e L. Stragevitch1
1UFPE, Departamento de Engenharia Química, Recife – PE, 50740-521
2GREENTEC – Laboratório de Tecnologia Verde – Escola de Química – UFRJ, CEP21945-970 – Rio de Janeiro – RJ. *ligia_martinelli@yahoo.com.br
Introdução
Biodiesel é um combustível derivado de gordura animal ou vegetal. Após a extração e armazenamento, alguns óleos podem apresentar elevada acidez devido a transformação de triacilgliceróis e ácidos graxos livres. A hidrólise é a decomposição pela água que normalmente utiliza agentes para auxiliar a reação como água, ácido, base ou enzima. Para a reação de esterificação, um ácido carboxílico irá reagir com um álcool, havendo eliminação de água e sendo a reação facilitada pelo aumento de temperatura no meio reacional e presença de catalisador. Este trabalho tem como objetivo estudar a produção de biodiesel etílico a partir da esterificação de ácidos graxos livres provenientes de matérias-primas de baixo custo com uso de catálise homogênea. Será feita a otimização das condições de operação de reator em batelada para a reação de esterificação utilizando ácido sulfúrico como catalisador homogêneo. Com os resultados obtidos na esterificação, foram testados dois modelos matemáticos.
Materiais e Métodos
A hidrólise foi realizada em um reator de vidro marca FGG, com agitação mecânica e camisa de aquecimento a água com controle da temperatura feito por banho térmico com recirculação, marca Tecnal TE, sendo adicionado ao sebo líquido 30% de água, 0,05% de ácido acético e 20% de mamona macerada resgindo durante 24 horas. Para a etapa de esterificação foi utilizado ácido sulfúrico como catalisador homogêneo e feito um estudo cinético variando a temperatura (70°C a 130°C), o percentual de catalisador (0,2 a 0,8)% e a razão molar álcool/óleo 5/1 a 9/1. O tempo de reação foi de 60 minutos e a pressão manométrica gerada foi 80 psi. A esterificação homogênea foi executada com base em um planejamento de experimentos do tipo 23 utilizando a metodologia de superfície de resposta, variando a temperatura (70 a 130)°C, a razão molar álcool/óleo 5/1 a 9/1 e o percentual de H2SO4 (0,2 a 0,8)%. Durante os experimentos foram realizadas amostragens para análise da conversão ao longo da reação
Resultados e Discussão
Com a reação de hidrólise se alcançou uma conversão de 91% semelhante a valores encontrados na literatura (3).
A Figura 1 apresenta as curvas de conversão de FFA ao longo do tempo de reação para as diversas condições experimentais testadas. A diferença da conversão entre (0 e 15) min foi grande em praticamente todas as condições, indicando que a maior conversão ocorre no início da reação não sendo necessário, em algumas condições, aumentar o tempo de reação para obter uma maior conversão de esterificação. Nas condições com máxima temperatura e relação molar álcool/óleo, foi observado que a curva de conversão em éster com 0,8% (experimento 11) de catalisador ficou próxima à da curva com 0,2% (experimento 10) de catalisador.
O primeiro modelo matemático testado foi considerado de segunda ordem no sentido direto da reação (1) e o segundo modelo foi considerado de primeira ordem no sentido direto da reação (2). A figura 2 apresenta as equações utilizadas em cada modelo matemático.
Na temperatura de 100°C os dois modelos matemáticos considerados representaram os dados medidos de forma satisfatória. Nas temperaturas de 70°C e 130°C, a interferência do teor de catalisador e da quantidade de álcool adicionada se tornaram mais evidentes. Os dois modelos testados representaram bem os dados experimentais, contudo o modelo 2 apresentou-se melhor que o modelo 1.
References
1 - ARAUJO, J.; dissertação de mestrado, Programa de Pós-graduação em Tecnologia de processos químicos e bioquímicos, UFRJ, 2007.
2 - BIERROS, M.; SILES, J.;MARTÍN, M. A.; MARTÍN, A.; Fuel, 86 (2007) 2383–2388, 2007.
3 - TING, W. J.; HUANG, C. M.; GIRIDHAR, N.; WU, W. T.; Journal of the Chinese Institute of Chemical Engineers, vol. 39 (2008) 203–210, 2008.