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Title in Portuguese: Produção de biodiesel assistida por ultra-som
Title: Production of biodiesel assisted by ultrasound
Author: Santos, Francisco Francielle Pinheiro dos
Advisor(s): Fernandes, Fabiano André Narciso
Keywords: Engenharia química
Processos químicos
Biodiesel
Issue Date: 26-Feb-2009
Citation: SANTOS, F. F. P. Produção de biodiesel assistida por ultra-som. 125 f. 2009. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009.
Abstract in Portuguese: Este trabalho apresenta a utilização de uma nova tecnologia de produção de biodiesel utilizando ultra-som, em substituição a técnica tradicional que emprega aquecimento e agitação vigorosa da mistura reacional. O processo de produção de biodiesel utilizando ultra-som foi aplicado aos processos de esterificação de ácidos graxos de origem vegetal e animal e de transesterificação de óleo vegetal. Ácidos graxos de óleo de peixe e de óleo de fritura usado (óleo de soja), produzidos através da reação de saponificação seguida de hidrólise ácida, foram utilizados nos estudos de esterificação. A reação de esterificação foi realizada em reator batelada submetida a ondas ultrasônicas, e a reação ocorreu pela reação do ácido graxo com metanol usando ácido sulfúrico como catalisador. Nos estudos de esterificação foram estudados, via planejamento experimental, as principais variáveis do processo: razão molar metanol:ácido graxo (razão molar entre 3 e 9), concentração de catalisador (entre 0,5 a 3,5% em massa) e temperatura (entre 30 e 90ºC). Óleo de soja foi utilizado no estudo de transesterificação. A reação de transesterificação também foi realizada em reator batelada submetida a ondas ultrasônicas, e a reação ocorreu pela reação do óleo com metanol usando hidróxido de potássio como catalisador. Nos estudos de transesterificação foram estudados a influência da razão molar metanol:óleo (razão molar entre 3 e 9) e da concentração de catalisador (entre 0,2 a 0,6% em massa) no processo. Para efeito comparativo, a reação auxiliada por ultra-som foi comparada ao processo convencional (agitação vigorosa), mostrando que o processo utilizando ultra-som resultou em uma conversão em biodiesel superior ao processo convencional. A produção de biodiesel usando ácido graxo de óleo de peixe resultou em uma conversão de 99,9% de ácido graxo em biodiesel e a condição ótima foi obtida com uma razão molar metanol:ácido graxo de 7, usando 4,1% de catalisador. Usando ácido graxo de óleo de fritura resultou em uma conversão de 99,0% de ácido graxo em biodiesel e a condição ótima foi obtida com uma razão molar metanol:ácido graxo de 11, usando 1,25% de catalisador e temperatura de 60ºC. Para a reação de transesterificação, a conversão obtida foi de 98% de óleo em biodiesel e foi obtida aplicando uma razão molar metanol:óleo de 9, usando 0,2% de catalisador. Os resultados mostraram que o processo de produção de biodiesel utilizando ultra-som é uma tecnologia promissora, obtendo-se conversões maiores do que o processo convencional. O tempo necessário de processamento é menor do que no processo convencional e para o processo de esterificação, o tempo total (produção do ácido graxo e esterificação) é 75% menor. O processo mostrou necessitar de uma menor quantidade de catalisador, minimizando problemas reacionais, tais como a formação de sabão na reação de transesterificação
Abstract: This work presents the use of a new technology for biodiesel production applying ultrasound, instead of using the conventional method that requires heating and vigorous mixing. The process for biodiesel production applying ultrasound was studied with the esterification reaction of fatty acid of vegetal and animal origin and with the transesterification reaction of vegetal oil. Fatty acids from fish oil and from waste oil (soybean oil), produced by the saponification reaction followed by acid hydrolysis, were used in the esterification studies. The esterification reaction was carried out in a batch reactor subjected to ultrasound, reacting the fatty acid with methanol using sulfuric acid as catalyst. In the esterification studies, the main parameters that affect the reaction were studied: molar ratio of methanol and fatty acid (from 3 to 9), catalyst concentration (between 0.5 to 3.5%) and temperature (between 30 and 90ºC). Soybean oil was used in the transesterification reactions. The transesterification reaction was also carried out in a batch reactor subjected to ultrasonic waves, reacting the oil with methanol using potassium hydroxide as catalyst. In the transesterification reaction, the parameters molar ratio of methanol and oil (between 3 and 9) and catalyst concentration (from 0.2 and 0.6%) were studied. To compare the ultrasound process with the onventional process, the reactions were carried out with both processes. The results showed that the ultrasound process was superior to the conventional process in terms of conversion into biodiesel. The production of biodiesel using fatty acid of fish oil resulted in a conversion of 99.9% of fatty acid into biodiesel and the optimal condition was found applying a molar ratio of methanol to fatty acid of 7, using 4.1% of catalyst. Using the waste oil fatty acid, the highest conversion obtained was at 99.0% and was obtained at a molar ratio of methanol to fatty acid of 11, using 1.25% of catalyst and 60ºC. For the transesterification reaction, the conversion of soybean oil into biodiesel was 98% and was obtained applying a molar ratio of 9 and 0.2% of catalyst. The results showed that the process for biodiesel production using ultrasound is a promising technology that is able to obtain higher conversions compared to the conventional process. The processing time is lower than of the conventional process and for the esterification process, the total processing time (production of the fatty acid and esterification) is 75% lower. The process also required less catalyst, reducing reacting problems such as soap formation during transesterification
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/15769
metadata.dc.type: Dissertação
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