Productions of ethyl esters (biodesel) from the transesterification core residual oil

Orientador: Maria Regina Wolf MacielDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: Biodiesel (ésteres alquílicos) é um combustível limpo derivado de fontes renováveis como óleo vegetal e gordura animal. O biodiesel é biodegradável, possui elevado ponto de fulgor, não-tóxico e produz menos COx e resíduos aromáticos do que o diesel de petróleo. Atualmente, devido ao elevado preço do óleo de soja e de canola, a produção de biodiesel a partir de matérias-primas de baixo custo como óleo residual pode aumentar a competitividade econômica do biodiesel frente ao diesel de petróleo, além de ser uma maneira de reciclar resíduos. A etanólise do óleo residual coletado em restaurante comercial foi estudada utilizando os catalisadores hidróxido de sódio e de potássio. Com teor de acidez superior a 3,8%, a transesterificação do óleo residual apresentou problemas comuns a esse tipo de matéria-prima, como formação de sabão e dificuldade de separação de fases. Assim, os planejamentos experimentais foram realizados em condições específicas de modo a resolver estes problemas. O óleo residual foi caracterizado pelo teor de acidez, umidade, composição de ácidos graxos, índice de iodo, viscosidade cinemática e massa específica. Primeiramente, foi realizado um planejamento fatorial fracionário para determinação das variáveis (temperatura, razão molar etanol:óleo, tipo e quantidade de catalisador e tempo de reação) de maior influência na conversão. O hidróxido de sódio formou uma mistura pastosa e homogênea após a destilação do etanol e, por isso, foi escolhido o catalisador hidróxido de potássio para os próximos planejamentos. A temperatura de reação de 30ºC também se mostrou a mais adequada. Além disso, os modelos estatísticos apresentaram curvatura, sendo necessária a adição de pontos axiais nos próximos planejamentos. Posteriormente, foram realizados planejamentos do tipo composto central com as variáveis mais significativas obtidas em planejamentos anteriores, visando não somente a obtenção da maior conversão, mas também bons índices de rendimento de ésteres. Os resultados mostraram que uma quantidade de KOH de 1,3%, temperatura de 30°C, razão molar etanol:óleo residual de 8:1, tempo de 50 minutos foram adequados para uma maior conversão e rendimento de ésteres obtidos. As curvas de contorno e superfícies de resposta mostraram as melhores condições de reação de cada planejamento de experimentos. Por fim, as melhores condições de operação foram tomadas para a obtenção dos dados cinéticos (energia de ativação e constantes da taxa)Abstract: Biodiesel (alkyl esters) is a clean burning fuel derived from a renewable lipid feedstock such as vegetable oil or animal fat. It is biodegradable, non-inflammable, nontoxic and produce much lesser COx, sulfur dioxide and unburned hydrocarbons than petroleum-based diesel. Nowadays, due to the price of virgin oil such as soybean and canola oils, the use of low-cost feedstock such as waste frying oils in a base-catalyzed process should help make biodiesel competitive in price with petroleum diesel, beyond being a suitable way to reuse waste materials. Waste frying oil ethanolysis was studied using sodium hydroxide and potassium hydroxide as catalysts. The waste oil was collected in restaurant boxes. The waste oil showed free fatty acids content up to 3.8% and typical problems related to this condition as soap formation and phase separation interference were observed. Then, experimental designs were carried out in specific conditions to solve such problems. The properties of waste oil studied were acid value, water content, fatty acids composition, iodine value, kinematic viscosity and density. At first, a fractional factorial experimental design was chosen to analyze the most significant factors (temperature, ethanol to oil molar ratio, type and amount of catalyst and time) on the conversion oil to biodiesel. The use of sodium hydroxide as catalyst resulted in a dense and homogeneous phase after ethanol distillation, then potassium hydroxide was chosen to the subsequent experimental designs. The temperature of 30ºC was found more suitable as well. Moreover, curvature was detected in the fractional factorial experimental designs studied and star points were included in the following ones. Afterwards, central composite designs were carried out with the most significant factors obtained in previous designs not only looking for the higher conversion rate but also good ester yield. The reaction was optimized using 1.3% KOH, 30°C, ethanol to oil molar ratio of 8:1 and 50 minutes of stirring. The surface response methodology was used to study the best conditions related to each design. At last, a computer-aided tool of this system was used to model the kinetic of biodiesel production in order to calculate kinetic parameters such as reaction rate constants and the activation energyMestradoDesenvolvimento de Processos QuímicosMestre em Engenharia Químic