Análise teórico-experimental de microrreatores para síntese de biodiesel com recuperação de calor rejeitado

Submitted by Aglair Aguiar (aglair@ct.ufrj.br) on 2019-06-03T13:29:52Z No. of bitstreams: 1 878582.pdf: 4884014 bytes, checksum: 612b95d8d72e08ed7659e9eff95c4650 (MD5)Made available in DSpace on 2019-06-03T13:29:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 878582.pdf: 4884014 bytes, checksum: 612b95d8d72e08ed7659e9eff95c4650 (MD5) Previous issue date: 2017-06O presente trabalho trata da análise da síntese contínua do biodiesel em microrreatores utilizando o calor rejeitado de uma fonte térmica e tem como objetivo obter a máxima eficiência da produção de biodiesel utilizando múltiplos microrreatores, visando o escalonamento da produção, acoplados a microtrocadores de calor que permitem o aproveitamento do calor rejeitado de um processo secundário para aumento da temperatura de reação, e consequente melhora nas taxas de conversão. A primeira análise experimental da síntese de biodiesel é realizada em um dispositivo contendo um único microrreator metálico construído empregando a técnica do microfresamento e uma produção de ésteres etílicos de 92,56% em um tempo de residência de 46,56s foi alcançada. A outra análise experimental é feita em um dispositivo composto por múltiplos microrreatores metálicos acoplados a microtrocadores de calor, fabricados pela técnica da manufatura aditiva que possibilita a construção desses componentes no mesmo substrato diminuindo a resistência térmica de contato. Neste dispositivo foi obtido uma produção de ésteres etílicos de 99,61% em um tempo de residência de 34,92s. Um modelo matemático trimensional difusivo-convectico-reativo que descreve o comportamento físico-quimico das espécies envolvidas na síntese de biodiesel é reformulado utilizando a Técnica das Equações Integrais Acopladas (CIEA) resultando em um modelo matemático não linear e acoplado composto de EDO’s de 1ª ordem que possibilita simulações com custos computacionais reduzidos. O método Monte Carlo via Cadeia de Markov (MCMC) é empregado para estimar as constantes cinéticas usando dados experimentais reais com baixas taxas de conversão, que maximiza a presença das espécieis intermediarias, e aumenta a sensibilidade do problema aos parâmetros.The present work deals with the analysis of the continuous synthesis of biodiesel in microreactors using the rejected heat of a thermal source and has as objective to obtain the maximum efficiency of the biodiesel production using multiple microreactors, aiming at the scheduling of the production, coupled to micro heat exchangers that allow The utilization of the rejected heat of a secondary process to increase the reaction temperature, and consequent improvement in the conversion rates. The first experimental analysis of the biodiesel synthesis is carried out in a device containing a single metal microreactor built using the micromilling technique and a ethyl esters yield of 92.56% at a residence time of 46.56s was achieved. The other experimental analysis is done in a device composed of multiple metal microreactors coupled to micro heat exchanger, manufactured by the additive manufacturing technique that allows the construction of these components in the same substrate, reducing the thermal resistance of contact. In this device a ethyl ester yield of 99.61% was obtained in a residence time of 34.92 seconds. A diffusive-convective-reactive three-dimensional mathematical model that describes the physico-chemical behavior of the species involved in the biodiesel synthesis is reformulated using the CIEA technique, resulting in a mathematical model non-linear and coupled compound of first-order ODE's which enables for simulations with reduced computational costs. The Markov Chain Monte Carlo method (MCMC) is used to estimate the kinetic constants using real experimental data with low conversion rates, which maximizes the presence of intermediary species, and increases the sensitivity of the problem to the parameters