Simulação de processos catalíticos para a produção de biodiesel sem glicerol - uma análise técnica, econômica e energética

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Julio, Priscila Marques
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/0013000016c9z
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Engenharia Química
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Centro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/28771
Resumo: Although the use of biodiesel presents many economic, social and environmental advantages, the biodiesel production still has a high cost. Most production processes use alcohol as acyl receptor, producing glycerol as a byproduct, which is surplus in the market. Besides that, the step of removing glycerol from biodiesel makes the process expensive. Therefore, alternatives of glycerol-free biodiesel production have been investigated. This paper aims to compare three processes in order to define the most advantageous. For this purpose, three studies of biodiesel glycerol-free production were chosen, each one with a different catalyst (homogeneous, heterogeneous and enzymatic). The processes flow diagrams were proposed and simulated using the UniSim Design software on an industrial scale, providing a database to technical, economic and energy feasibility analysis. Thermodynamic and kinetic reaction models used were validated based on experimental data from the literature. Results indicated that the three technologies perform well, that is, they are capable of producing biodiesel. Route 1, which used macaw oil, methyl acetate and γ-alumina (Al2O3) as an heterogeneous catalyst, demonstrated to be not economically viable, this may be linked to the type of raw material used, that was only 65% esterifiable. Route 1 was also the process that presents the highest energy consumption per mass of biodiesel produced. Route 2, which used cotton oil, methyl acetate and homogeneous catalyst CH3OK, has the biggest project value at the end of its life. Route 3, which used palm oil, dimethyl carbonate and Novozyme 435 as enzymatic catalyst has the lowest equipment cost and the lowest energy consumption. Routes 2 and 3 proved to be economically viable.
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For this purpose, three studies of biodiesel glycerol-free production were chosen, each one with a different catalyst (homogeneous, heterogeneous and enzymatic). The processes flow diagrams were proposed and simulated using the UniSim Design software on an industrial scale, providing a database to technical, economic and energy feasibility analysis. Thermodynamic and kinetic reaction models used were validated based on experimental data from the literature. Results indicated that the three technologies perform well, that is, they are capable of producing biodiesel. Route 1, which used macaw oil, methyl acetate and γ-alumina (Al2O3) as an heterogeneous catalyst, demonstrated to be not economically viable, this may be linked to the type of raw material used, that was only 65% esterifiable. Route 1 was also the process that presents the highest energy consumption per mass of biodiesel produced. Route 2, which used cotton oil, methyl acetate and homogeneous catalyst CH3OK, has the biggest project value at the end of its life. Route 3, which used palm oil, dimethyl carbonate and Novozyme 435 as enzymatic catalyst has the lowest equipment cost and the lowest energy consumption. Routes 2 and 3 proved to be economically viable.Apesar do uso do biodiesel apresentar inúmeras vantagens econômicas, sociais e ambientais, sua produção ainda apresenta um custo elevado. A maioria dos processos de produção utiliza álcool como receptor acila, produzindo como subproduto o glicerol, que está em excesso no mercado. Além disso, a etapa de remoção do glicerol do biodiesel torna o processo caro. Portanto, alternativas de produção de biodiesel livre de glicerol têm sido investigadas. Diante desse cenário, a presente dissertação tem como objetivo comparar três processos, a fim de definir o mais vantajoso. Para isso, foram escolhidos três estudos sobre a produção de biodiesel sem formação de glicerol, cada um usando um catalisador diferente (homogêneo, heterogêneo e enzimático). Os fluxogramas dos processos foram propostos e simulados no software UniSim Design em escala industrial, fornecendo um banco de dados para as análises de viabilidade técnica, econômica e energética. Os modelos termodinâmicos e de cinética de reação utilizados foram validados a partir de dados experimentais da literatura. Os resultados indicaram que as três tecnologias possuem bom desempenho, ou seja, são capazes de produzir biodiesel. A Rota 1, a qual usou óleo de macaúba, acetato de metila e γ-alumina (Al2O3) como catalisador heterogêneo, demonstrou ser economicamente inviável, o que pode estar relacionado ao tipo de matéria-prima utilizada, que era apenas 65% esterificável. Essa rota também foi a que apresentou maior consumo de energia por massa de biodiesel produzido. A Rota 2, a qual usou óleo de algodão, acetato de metila e catalisador homogêneo CH3OK, apresentou o maior valor de projeto ao final da sua vida útil. Já a Rota 3, a qual usou óleo de palma, carbonato de dimetila e enzima Novozyme 435 como catalisador, apresentou o menor custo de equipamento, além do menor consumo de energia. As Rotas 2 e 3 mostraram-se economicamente viáveis.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia QuímicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaCentro de TecnologiaCastilhos, Fernanda dehttp://lattes.cnpq.br/4590978604104577Rodrigues, RodolfoVisioli, Luiz JardelJulio, Priscila Marques2023-04-20T12:46:09Z2023-04-20T12:46:09Z2023-02-15info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/28771ark:/26339/0013000016c9zporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2023-04-20T12:46:10Zoai:repositorio.ufsm.br:1/28771Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2023-04-20T12:46:10Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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