Synthesis of biodiesel from castor oil using subcritical ethanol

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Paulo de Tarso Vieira e RosaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Neste trabalho, foram estudados três processos de síntese de ésteres etílicos: sem catalisador, com catalisador homogêneo (hidróxido de sódio) e com catalisador heterogêneo (difosfato ácido de lantânio), a partir de óleo de mamona em etanol sub e supercrítico. O estudo da influência das variáveis de operação na conversão nos processos não catalítico e usando catalisador homogêneo foi realizado por meio de planejamento experimental associado à metodologia de superfície de resposta, utilizando como variáveis independentes a temperatura, o tempo de reação, a razão molar etanol:óleo e, quando utilizado, a concentração de catalisador. No caso do processo com catalisador heterogêneo, foram feitas análises nas condições ótimas (temperatura e razão molar) determinadas a partir do planejamento experimental dos outros dois processos. Verificou-se que, usando 0,1 % m/m de NaOH (quantidade inferior à necessária para neutralizar o óleo), foi possível obter conversões elevadas e que o uso de difosfato ácido de lantânio apresenta uma atividade catalítica significante na produção de biodiesel, mesmo utilizando óleos com índice de acidez alto. A máxima conversão atingida foi 98,94 % no processo com catalisador homogêneo, 92,94 % no processo com catalisador heterogêneo e 56,17 % no processo não catalítico. Além disso, foi obtida a cinética das reações e as energias de ativação para os três processos, observando-se que as constantes de reação são de pseudo primeira ordem. As energias de ativação encontram-se dentro da faixa reportada na literatura. Além disso, verificou-se que, a opção de trabalhar com NaOH é a mais viável em termos operacionais, já que o custo do catalisador é baixo, a quantidade de catalisador empregada é pequena e, adicionalmente, não requer uma etapa de pré-tratamento do óleo de mamona usado como matéria-primaAbstract: In this work, three processes of synthesis of ethyl esters were studied: non-catalytic, using homogeneous catalyst (sodium hydroxide) and using heterogeneous catalyst (acid lanthanum diphosphate), from castor oil and sub and supercritical ethanol. The influence of the operating variables on the conversion of both non-catalytic and using homogeneous catalyst processes was studied by means of a design of experiment associated to the surface response methodology, using temperature, reaction time, ethanol:oil molar ratio and, whenever used, catalyst concentration as independent variables. In the process with heterogeneous catalyst, several analysis were performed under the optimum conditions (temperature and molar ratio) calculated from experimental design of the other two processes. It was verified that, using 0,1% wt of NaOH (amount lower than the required to neutralize the oil), it was possible to obtain high conversions and that using acid lanthanum diphosphate presents a significant catalytic activity on the biodiesel production, even using oils with high acidity index. The maximum conversion reached was 98,94 % in the process with homogeneous catalyst, 92,94 % with heterogeneous catalyst and 56,17 % in the non-catalytic process. Additionally, the reaction kinetics and activation energies were obtained for the three processes, observing that the reaction rate constants are pseudo first order. The activation energies are within the range reported on literature. Besides, it was verified that the option of working with NaOH is the most interesting in operational terms since the catalyst cost is low, the amount of catalyst used is small and, in addition, it is not necessary a pretreatment stage of the castor oil used as raw materialMestradoDesenvolvimento de Processos QuímicosMestre em Engenharia Químic