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Title: Estudo experimental e modelagem matemática do processo de produção de biodiesel em reator de borbulhamento
Authors: Silva, Maxwell Gomes da
Keywords: Biodiesel;Esterificação;Reator de borbulhamento;Modelo matemático
Issue Date: 9-Mar-2018
Citation: SILVA, Maxwell Gomes da. Estudo experimental e modelagem matemática do processo de produção de biodiesel em reator de borbulhamento. 2018. 84f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: Reatores de borbulhamento são amplamente empregados em reações heterogêneas do tipo gás-líquido e gás-sólido-líquido em diferentes condições operacionais. Este tipo de reator vem sendo largamente utilizado na indústria química, bioquímica e petroquímica em diferentes tipos de processos como cloração, oxidação e remoção de CO2. Uma aplicação mais recente dos reatores de borbulhamento é a produção de biodiesel. Neste processo, vapor superaquecido de álcool é borbulhado em um meio líquido contendo o substrato reacional. O álcool, após ser transferido para a fase líquida, reage com o material lipídico para formar ésteres monoalquílicos (biodiesel) a partir da reação de esterificação e transesterificação, de acordo com a quantidade de triglicerídeos e ácidos graxos livres presentes na matéria-prima. Neste trabalho, uma unidade experimental de um reator de borbulhamento foi desenvolvida para a realização de experimentos de esterificação de ácido oleico em meio ácido utilizando vapor superaquecido de etanol. O reator foi operado em regime de semibatelada, onde os efeitos da vazão volumétrica de etanol, temperatura do meio reacional e utilização de um distribuidor gás foram avaliados com base na conversão do ácido oleico. Os resultados obtidos mostraram que todas as variáveis analisadas apresentam efeito significativo na performance do processo, onde conversões de 98% foram alcançadas para temperaturas reacionais de 130°C e vazão de 3,65 mL/min em aproximadamente 50 minutos de reação. A utilização do distribuidor de gás para geração das bolhas de vapor superaquecido de etanol fez com que a taxa média de conversão do processo fosse aumentada em até 38 % em relação aos experimentos realizados sem o distribuidor. Um modelo matemático fenomenológico foi desenvolvido e implementado em MATLAB® para descrever e analisar o processo. Os dados experimentais de conversão obtidos foram utilizados na estimação dos parâmetros cinéticos e de transferência de massa, bem como na validação do modelo proposto. O ajuste do modelo aos dados experimentais apresentou um coeficiente de determinação R² de 0,987, além de exibir grande capacidade preditiva, sendo utilizado para simulação e análise do processo.
Abstract: Bubble reactors are widely used to carry out gas-liquid and gas-liquid-solid reactions at different operating conditions. This type of reactor is often used in chemical, biochemical and petrochemical industry for conducting processes like chlorination, oxidation and CO2 removal. A more recent application of bubble reactors is biodiesel production. In this process, superheated alcohol vapor is bubbled through a liquid medium containing the reactional substrate. The alcohol, after being transferred to the liquid phase, reacts with the lipid feedstock to form mono alkyl esters (biodiesel) through esterification and transesterification, according to the amount of free fatty acids and triglycerides in the lipid feedstock. A bubble reactor experimental apparatus was developed and used to conduct oleic acid esterification experiments by using superheated ethanol vapor. The reactor was operated in the semi-batch mode, where the effects of ethanol volumetric flow rate, reaction temperature and usage of gas sparger were evaluated based on free fatty acid conversion. The results showed that all variables evaluated presented strong effect on bubble reactor performance, where 98% conversion was achieved at reaction temperature of 130°C and volumetric flowrate of 3.65 mL/min in approximately 50 minutes of reaction. The usage of the gas sparger to generate superheated ethanol bubbles increased the average conversion velocity in about 38% compared to the experiments performed without gas sparger. A phenomenological mathematical model was developed and implemented in MATLAB® to describe and analyze de process. The experimental data ware used to estimate the kinetic and mass transfer parameters, as well as in model validation. The model fitted the experimental data with a coefficient of determination R² of 0,987, besides showing great predictive capability, which was used to simulate and analyze the process.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/25497
Appears in Collections:PPGEQ - Mestrado em Engenharia Química

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