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Consultar: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química

Título [PT]: Produção de biodiesel por esterificação em coluna de destilação reativa : modelagem matemática
Autor(es): Guilherme Duenhas Machado
Palavras-chave [PT]:

Biodiesel. Produção. Esterificação. Destilação reativa. Coluna de destilação reativa. Modelagem matemática. Simulação computacional. Brasil.

Biodiesel. Reactive distillation column. Simulation. Esterification. Brazil.

Lúcio Cardozo Filho [Orientador] - UEM Vladimir Ferreira Cabral [Orientador] - UEM Donato Alexandre Gomes Aranda - UFRJ Edson Antonio da Silva - UNIOESTE - PR

Resumo: O desenvolvimento de fontes renováveis de energia tornou-se uma necessidade de suma importância ao planeta, devido às conseqüências do aquecimento global intensificadas nos últimos anos e a inevitável carência futura dos combustíveis fósseis. Por esta razão, a produção de biodiesel (ésteres de ácidos graxos) tem alcançado destaque significativo na última década. O método convencional de produção deste biocombustível é por transesterificação de óleos vegetais em catálise homogênea por processo batelada descontínuo, realizado em duas etapas distintas, a reação química e a separação dos produtos. Vários estudos têm sido feitos com o intuito de fornecer métodos alternativos para viabilizar a produção destes ésteres de ácidos graxos. Recentemente, a produção de biodiesel por reação de esterificação de ácidos graxos tem obtido certo destaque devido a uma série de vantagens que esta técnica apresenta, embora ainda sejam necessárias etapas distintas de reação e separação. Neste contexto, a destilação reativa, método no qual a reação química e a separação dos produtos ocorrem de forma contínua no mesmo equipamento, surge como uma alternativa para viabilização da produção de biodiesel por reação de esterificação. Dessa forma, o presente trabalho tem como objetivo simular computacionalmente a produção de ésteres de ácidos graxos (biodiesel) em colunas de destilação reativa em regime permanente. O modelo de simulação utilizado admite que não há equilíbrio químico nos estágios, mas sim a ocorrência de estado estacionário e, dessa maneira, as taxas de reação são consideradas explicitamente no modelo de cada estágio. Considera-se comportamento ideal na fase vapor e a não idealidade na fase líquida é representada pelos modelos de energia livre de Gibbs de excesso UNIQUAC e UNIFAC Dortmund. Na parte inicial do trabalho, a formulação matemática utilizada é validada através da comparação entre os resultados calculados e os diversos casos da literatura. Na continuidade do trabalho, casos inéditos da produção de biodiesel por reação de esterificação em colunas de destilação reativa são simulados. Nestes casos, análises de sensibilidade de variáveis de projeto e de operação tais como razão de refluxo, número de estágios, carga térmica no refervedor, massa de catalisador e ordem de reação são executadas. As análises de sensibilidade são realizadas com o intuito de determinar a influência de parâmetros na otimização da operação da coluna. Observou-se que a carga térmica no refervedor pode ser reduzida pelo incremento de carga energética nas correntes de alimentação dos reagentes. Tal modificação diminui a temperatura do fundo da coluna evitando assim a degradação dos produtos no refervedor. Conversões próximas de até 99 %foram encontradas. Os resultados das simulações obtidos aqui podem servir como base para o projeto de processos de produção de biodiesel por colunas de destilação reativa. Abstract: The Development of renewable energy sources has become a necessity of extreme importance to the planet due the rise of consequences of global warming in recent years and the inevitable shortage of fossil fuels. For this reason, the production of biodiesel (fatty acid esters) has achieved prominence in the last decade. The conventional method for biodiesel production is the transesterification of vegetal oils using homogeneous catalysis in batch processes. In this case, the production is performed in two stages: the chemical reaction and the separation of products. Several studies have been done in order to provide alternative methods to enable the production of fatty acid esters. Recently, the production of biodiesel by esterification of fatty acids has gained some prominence. This process of production presents several advantages, but it is still require two distinct stages of reaction and separation. In this context, the reactive distillation method rises as a viable alternative for the production of biodiesel by esterification. In such operation, the chemical reaction and separation of products occur continuously in the same equipment. Therefore, the objective of this work is to simulate the production of fatty acid esters (biodiesel) in steady state reactive distillation columns. The simulation model used here doesn't suppose chemical equilibrium in the stages, but the occurrence of steady state. In this way, the reaction rates are considered explicitly in the model of each stage. It is considered ideal behavior in the vapor and non-ideality in the liquid phase is represented by the models of Gibbs free energy of excess UNIQUAC and UNIFAC Dortmund. Initially, the mathematical formulation used is validated by comparing the results calculated in this work with the available cases in the literature. Next, new cases of biodiesel production by esterification in reactive distillation columns are simulated. In these cases, sensitivity analysis of design and operating variables such as reflux ratio, number of stages, heat input in the reboiler, mass of catalyst and reaction order are performed. The sensitivity analyses are carried out in order to determine the influence of several parameters in the optimization of the column operation. The heat input in the reboiler can be reduced by the increase of energy charge in the feed of reagents. This modification reduces the temperature of the bottom of the column and avoids the degradation of products. Conversions close to 99% were found. The simulation results obtained here can be useful for the proper design of processes that use reactive distillation columns for the production of biodiesel.

Idioma: Português Data de Publicação: 2009 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Vladimir Ferreira Cabral Co-Orientador: Prof. Dr. Lúcio Cardozo Filho Instituição: Universidade Estadual de Maringá . Departamento de Engenharia Química Nível: Dissertação (mestrado em Engenharia Química)/ UEM: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química

Responsavel: beth
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: Dissertação-GuiDM_final.pdf
Tamanho: 1579 Kb (1616707 bytes)
Criado: 16-06-2010 09:40
Atualizado: 16-06-2010 09:54
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