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Consultar: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

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Ttulo [PT]: Produo de steres etlicos pela transesterificao dosleos de canola e pinho manso em reatores batelada e deleito fixo com enzima lipase imobilizada
Autor(es): Leandro Daniel de Paris
Palavras-chave [PT]:

Biodiesel. Esterificao. steres etlicos. Transesterificao. Enzimas. Lipases. Imobilizao de enzimas. Fontes alternativas de energia. leo de canola. leo de pinho manso. Brasil.
Palavras-chave [EN]:
Enzymatic transesterification. Enzymatic immobilization. Ethyl esters production. Canola oil. Jatropha curcas oil. Brazil.
Titulao: Doutor em Engenharia Qumica
Banca:
Gisella Maria Zanin [Orientador] - UEM
Paulo Waldir Tardioli - UFSCAR
Salah Din Mahmud Hasan - UNIOESTE
Flvio Faria de Moraes - UEM
Pedro Augusto Arroyo - UEM
Resumo:
Resumo: O objetivo geral desse trabalho foi a imobilizao da lipase de Burkholderia cepacia em matriz hidrofbica sol-gel visando produo de steres etlicos pela transesterificao dos leos de canola e pinho manso. A enzima foi imobilizada em suportes produzidos com dois diferentes precursores de slica (TEOS e TMOS), secos em meio supercrtico (aerogel) e por evaporao (xerogel). O resultado da caracterizao dos biocatalisadores quanto atividade de transesterificao mostrou que aqueles obtidos com o precursor TEOS apresentam os maiores valores de atividade, para ambas as secagens (1805 Ug-1 de biocatalisador para o xerogel e 2028 Ug-1 de biocatalisador para o aerogel). Visando o desenvolvimento de um processo economicamente mais vantajoso, optou-se pela utilizao da enzima imobilizada com TEOS e secagem por evaporao, j que os resultados de atividade foram semelhantes. A caracterizao textural dos biocatalisadores (rea especfica, dimetro e volume dos poros) tambm apresentou os maiores valores para os biocatalisadores preparados com TEOS. Na conduo dos experimentos para a produo dos steres etlicos, foi realizado um planejamento experimental 23 completo, com quatro repeties no ponto central, para avaliar as variveis temperatura, razo molar lcool:leo e quantidade de enzima, empregando os dois leos e etanol, e a enzima livre, sem adio de cossolvente. Nenhuma das variveis foi significativa, num intervalo de confiana de 90%. Porm, os melhores resultados de rendimento em steres foram obtidos no ponto central do experimento (temperatura de 50 C, razo molar lcool:leo de 9:1 e 7,5% de enzima, em massa, em relao ao leo). Com a enzima livre, o rendimento mdio em steres, no ponto central do experimento, foi de 45% para o leo de canola e de 42,5% para o leo de pinho manso. O mesmo planejamento experimental foi utilizado para avaliar a atividade de consumo dos triacilgliceris presentes no incio da reao (ACT), calculada pelo mtodo das velocidades iniciais. Todas as variveis avaliadas foram significativas e, pelos resultados alcanados, verificou-se uma diminuio da ACT com o aumento da quantidade de etanol, indicando uma inibio da lipase pelo excesso do reagente. Nas condies dos maiores valores de rendimento em steres obtidos nos testes do planejamento experimental xiv com a enzima livre, foram conduzidas reaes em batelada com a enzima imobilizada preparada com TEOS. Para temperatura de 50 C, razo molar lcool:leo de 9:1 e 7,5% de biocatalisador em relao ao leo (aproximadamente 6 g) e sem adio de cossolvente, os maiores rendimentos em steres foram obtidos aps 72h de reao (13,5% para o leo de canola e 17% para o leo de pinho manso). Os baixos rendimentos podem ser justificados pela adsoro do glicerol formado na matriz do biocatalisador. Outra possibilidade a formao de gua no meio reacional, que possibilita o desenvolvimento de reaes colaterais deletrias, como a hidrlise. Com o objetivo de aumentar o rendimento em steres e remover parte do glicerol adsorvido na matriz, nas reaes conduzidas em leito fixo os parmetros temperatura e razo molar foram mantidos, porm, introduziu-se um aumento na quantidade de enzima imobilizada presente no meio reacional (aproximadamente 13 g) em relao quantidade de enzima imobilizada empregada nas reaes em batelada e adicionou-se n-hexano como cossolvente. Os rendimentos alcanados nesta etapa foram superiores aos rendimentos obtidos com a enzima imobilizada em reator batelada (16% para o leo de canola, aps 72 h de reao e 26%
para o leo de pinho manso, aps 48 h de reao). Este aumento nos rendimentos em steres apontam que a maior quantidade de enzima e a adio de cossolvente para as reaes conduzidas em leito fixo cumpriu com o objetivo proposto.

Abstract: The goal of this work was the immobilization of the lipase from Burkholderia cepacia in sol-gel hydrophobic matrix in order to produce ethyl esters by transesterification of canola and Jatropha curcas oil. The enzyme was immobilized in supports produced with two different silica precursors (TEOS and TMOS), dried in supercritical conditions (aerogel) and by thermal evaporation (xerogel). The result of the biocatalysts characterization as to the transesterification activity has shown that the preparations obtained with TEOS as precursor had the highest values of activity for both methods of drying (1805 Ug-1 of biocatalyst for xerogel and 2028 Ug-1 of biocatalyst for aerogel). Aiming at the development of a more advantageous economical process, it was chosen the use of the immobilized enzyme produced with TEOS and dryied by evaporation, since the activity results were of the same order. The textural characterization of the biocatalysts (superficial area, diameter and pore volume) has also presented the highest values for biocatalysts prepared with TEOS. A experimental design 23 complete was conducted, with four repetitions in the central point, to evaluate the effects of the variables temperature, molar ratio alcohol:oil and amount of enzyme, using both oils, ethanol and free enzyme without addition of co-solvent. None of the variables was significant, at a confidence level of 90%. However, it was possible to observe that the best results in yield of esters were obtained at the central point of the experiment (temperature of 50 C, molar ratio alcohol:oil of 9:1 and 7.5% of enzyme, in mass, in relation to oil). With the free enzyme, the average yield of esters in the central point of the experiment was 45% for the canola oil and 42.5% for the Jatropha curcas oil. The same experimental design was used to evaluate the triacylglycerols consumption activity at the beginning of the reaction (ACT), calculated by the method of initial rates. All the evaluated variables were significant and the results showed an ACT decrease with an increase of the ethanol amount, indicating lipase inhibition due to excess of this reagent. At the conditions of the higest yields of esters obtained at the test of the experimental design using free enzyme, batch reactions were conducted with the immobilized enzyme prepared with TEOS. At the temperature of 50 xvi C, molar ratio alcohol of 9:1 and 7.5% of biocatalyst in relation to the oil, and without addition of co-solvent, higher yields of esters were obtained after 72 h of reaction (13.5% for canola oil and 17% for Jatropha curcas oil). The low yields can be justified by the adsorption of the glycerol formed at the reaction on the biocatalyst solid matrix. Another possibility is the formation of water in the reaction medium, which enables the development of detrimental collateral reactions, like hydrolysis. Aiming to increase the esters yield and to remove part of the glycerol adsorbed in the matrix, in the reactions conducted in the fixed bed reactor, temperature and the molar ratio were maintained, however, the amount of immobilized enzyme present in the reaction medium was increased (approximately 13 g) and n-hexane was added as co-solvent. The yields reached at this stage were higher than the results obtained with the immobilized enzyme in the batch reactor (16% for canola oil, after 72 h of reaction and 26% for Jatropha curcas oil, after 48 h). This increase in the yield of esters indicates that the larger amount of enzyme and the addition of co-solvent for the reactions carried out in the fixed bed reactor fulfilled the proposed objectives.
Data da defesa: 2013
Cdigo: vtls000222888
Informaes adicionais:
Idioma: Portugus
Data de Publicao: 2013
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Gisella Maria Zanin
Instituio: Universidade Estadual de Maring. Centro de Tecnologia. Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica
Nvel: Tese (doutorado em Engenharia Qumica)
UEM: Departamento de Engenharia Qumica

Responsavel: elaine
Categoria: Aplicao
Formato: Documento PDF
Arquivo: TESE Leandro Daniel De Paris Verso corrigida para a defesa.pdf
Tamanho: 6079 Kb (6224511 bytes)
Criado: 04-08-2016 14:58
Atualizado: 04-08-2016 15:08
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