Otimização multivariada dos parâmetros do processo de produção de ésteres etílicos e modelagem cinética da reação de esterificação via catálise heterogênea utilizando óleo não comestível da polpa de macaúba, resina macroporosa de troca iônica e rota etílica

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Otimização multivariada dos parâmetros do processo de produção de ésteres etílicos e modelagem cinética da reação de esterificação via catálise heterogênea utilizando óleo não comestível da polpa de macaúba, resina macroporosa de troca iônica e rota etílica

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dc.contributor.author Keila Leticia Teixeira Rodrigues pt_BR
dc.coverage.spatial Departamento/Curso pt_BR
dc.date.accessioned 2019-04-04T15:38:59Z
dc.date.available 2019-04-04T15:38:59Z
dc.date.issued 2018-07-30 pt_BR
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BAVK76
dc.description.abstract O óleo da polpa do fruto da macaúba vem sendo explorado para produção de biodiesel por ser proveniente de uma matéria-prima de baixo custo, não comestível e alto potencial em óleo. A capacidade dos seus frutos de gerar diferentes coprodutos favorece a minimização de resíduos na extração do óleo e agregação de valor à cadeia produtiva. Além do mais, a palmeira de macaúba apresenta uma cultura perene, a qual exibe alta resistência a pragas e capacidade de crescer em áreas de baixa incidência de chuva. Entretanto, o óleo de macaúba possui alto teor de acidez, o que requer processos de produção alternativos, tais como esterificação homogênea ou heterogênea ácida, hidrocraqueamento, craqueamento térmico. Dessa forma, explorou-se a produção de ésteres etílicos por meio do óleo de macaúba, etanol e resina de troca iônica. O sistema foi conduzido em batelada via catálise heterogênea, na qual se avaliaram diferentes tipos de resinas macroporosas de troca iônica com óleos de baixa e elevada acidez. A exploração desse segundo tipo de óleo, com acidez de 80,6% em massa, é inovador, visto que trabalhos reportados anteriormente visavam o cuidado na coleta e armazenamento do fruto almejando que os óleos não atingissem acidez tão elevadas, entretanto, essa pesquisa foca no desenvolvimento de um processo que se adapte as características do óleo condizente com a situação industrial, visto que processos de refinamento do óleo possui custo elevado. Dentre as resinas testadas: Purolite A500/2788, Amberlyst A26OH e Purolite CT275, a última apresentou a melhor performance e foi selecionada para prosseguir com a exploração e otimização do processo. A investigação da influência das variáveis no sistema foi avaliada por meio do Planejamento fatorial fracionário 2IV4-1 e otimizada pelo Planejamento composto central. Nessa etapa, obteve-se uma conversão de ácidos graxos livres (AGL) superior a 80%, que poderia ser aumentada por meio da aplicação de outras variáveis como: aumento do tempo de reação, o qual foi feito no estudo cinético cujos resultados atingiram valores médios de conversão de AGL de 93%. Avaliou-se também a modelagem cinética da reação por meio dos modelos pseudo-homogêneos de primeira e segunda ordem. Este se adequou melhor aos dados experimentais, e os parâmetros cinéticos puderam ser estimados. O modelo proposto explicou os resultados experimentais com precisão de 96 a 98%. O alto valor da energia de ativação (Ea=44 kJ/mol) ratificou a hipótese da cinética da reação ser controlada unicamente, nas primeiras 9h, pela reação que ocorre na superfície catalítica, não limitada por difusão interna e pela transferência de massa externa. Os principais produtos catalíticos foram compostos por ésteres do ácido oleico, ácido palmítico, ácido linoleico e ácido palmitoleico. O catalisador revelou-se estruturalmente e cataliticamente estável após 10 ciclos de reação, mesmo sem qualquer tratamento adicional entre os ciclos. Por conseguinte, o processo proposto é uma alternativa viável para converter óleos não comestíveis com elevado teor de AGL como o óleo de polpa de macaúba, em biodiesel, por meio de um processo viável e sustentável pt_BR
dc.format CD-Rom pt_BR
dc.language Português pt_BR
dc.publisher UFMG pt_BR
dc.subject Engenharia quimica Teses. pt_BR
dc.subject Macaúba Teses. pt_BR
dc.subject Biodiesel Teses. pt_BR
dc.subject Otimização Teses. pt_BR
dc.subject Cinética de reações químicas Teses. pt_BR
dc.title Otimização multivariada dos parâmetros do processo de produção de ésteres etílicos e modelagem cinética da reação de esterificação via catálise heterogênea utilizando óleo não comestível da polpa de macaúba, resina macroporosa de troca iônica e rota etílica pt_BR
dc.type Tese de Doutorado pt_BR
dc.numero.paginas 162 pt_BR
dc.palavras.chave Macaúba pt_BR
dc.palavras.chave Biodiesel pt_BR
dc.palavras.chave Catálise heterogênea pt_BR
dc.palavras.chave Resina de troca iônica pt_BR
dc.palavras.chave Otimização pt_BR
dc.palavras.chave Modelagem cinética pt_BR
dc.contributor.orientador Erika Cristina Cren pt_BR
dc.banca.presidente Erika Cristina Cren pt_BR
dc.banca.membro Gisele Cristina Rabelo Silva pt_BR
dc.banca.membro Esly Ferreira da Costa Junior pt_BR
dc.banca.membro Katia Cecilia de Souza Figueiredo pt_BR
dc.banca.membro Fábio Rodolfo Miguel Batista pt_BR
dc.resumo.estrangeiro Macauba pulp oil fruit has been exploited for the production of biodiesel because it comes from a raw material of low cost, inedible and high potential in oil. Its fruits capacity to generate different co-products favors the residues minimization in oil extraction and added value to the production chain. Furthermore, the macauba palm has a perennial culture, which exhibits high resistance to pests and can to grow in low rainfall areas. However, macauba oil has a high acid content, which requires alternative production processes such as homogeneous or heterogeneous acid esterification, hydrocracking, and thermal cracking. Hence, the production of ethyl esters was explored using macauba oil, ethanol and ion exchange resin. The system was conducted in batch through heterogeneous catalysis, which different types of macroporous ion exchange resins were evaluated with low and high acidity oils. The exploitation of this second type of oil (80.6% wt. acid content) is innovative, because previously reported works aimed the care in the collect and storage of the fruit with purpose that the oils did not reach high acidity. Although, this research focuses in the process development that adapts the oil characteristics, according to the industrial situation, besides oil refinement process are expensive. Among the resins tested: Purolite A500 / 2788, Amberlyst A26OH and Purolite CT275, the last presented the best performance and was selected to proceed with the exploration and optimization of the process. The investigation of the variables influence in the system was evaluated through Fractional Factorial Design 2IV4-1 and optimized by the Central Composite Design. In this step, a conversion of free fatty acids (FFA) obtained was higher than 80%. This could be increased for other variables variation such as: increase in reaction time, which was done in the kinetic study whose results reached average values FFA conversion of 93%. Moreover, it was also evaluated the reaction kinetic modeling by the pseudo-homogeneous (PH) first and second order models. The PH second order model was better suited to the experimental data, and the kinetic parameters could be estimated. The proposed model explained the experimental results with precision between 96 to 98%. The high value of the activation energy (Ea = 44 kJ / mol) ratified the hypothesis that the kinetics of the reaction be controlled only in the first 9 hours by the reaction that occurs in the catalytic surface, not limited by internal diffusion and external mass transfer. The main catalytic products were composed of esters, namely oleic acid ethyl ester, palmitic acid ethyl ester, linoleic acid ethyl ester, and palmitoleic acid ethyl ester. Furthermore, the catalyst was structurally stable after 10 reaction cycles even without any further treatment between cycles. Therefore, the esterification process proposed herein is a viable alternative to convert nonedible oils with high FFA, e.g. macauba pulp oil, into biodiesel; through a viable and sustainable eco-friendly process pt_BR

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