Modelagem 15

Modelagem e Simulação da Produção do Biodiesel em Processo de Batelada Souza, Josedite Saraiva (I.C); Unidade Acadêmica de Engenharia Química -Universidade Federal de Campina Grande -UFCG [email protected] Alves, José Jailson Nicácio (Professor); Unidade Acadêmica de Engenharia Química, Universidade Federal de Campina Grande - UFCG.

1 Introdução O biodiesel (metil-éster) é obtido a partir de óleos vegetais tais como: mamona, dendê, amendoim, soja entre outras, possuindo características físicas químicas semelhantes ao diesel derivado do petróleo e, por esse motivo, possui a vantagem de ser facilmente adaptável aos motores do ciclo do diesel, pois o outro combustível limpo como o gás-natural requer a adaptação dos motores. O processo de transesterificação consiste em uma reação química entre o óleo vegetal e um álcool. As reações que ocorrem são as seguintes (D.Darnoko and Munir Cheryan):

Reação 1. Triglicerídeo adicionado ao álcool formando diglicerídeo e biodiesel.

Reação 2 Diglicerídeo adicionado ao álcool formando monoglicerídeo e biodiesel

Reação 3 Monoglicerídeo adicionado ao álcool formando glicerol e biodiesel

2 Objetivo A partir de dados da literatura determinar a cinética da reação química de transesterificação e simular o processo de produção do biodiesel, tendo como base um modelo matemático para o processo em batelada, obtendo-se os perfis de concentração, taxa de formação e decomposição dos grupos, para a formação do biocombustível.

3 Metodologia Utilizou-se um modelo matemático de reator batelada, isotérmico, dado pelas seguintes equações: - Consumo de álcool no processo de esterificação.

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- Consumo do triglicerídeo ao longo do processo:

- Formação de diglicerídeo

- Formação de monoglicerídeo.

- Formação de glicerol.

- Formação de biodiesel.

A implementação deste modelo no software comercial Mathcad para simular as reações que ocorrem no processo de transesterificação é da seguinte forma:

4 Resultados O modelo matemático foi implementado no software comercial Mathcad e os parâmetros deste modelo foram determinados da seguinte forma: A constante de velocidade é função da temperatura seguindo um modelo de Armênios. A energia de ativação e o fator pré-exponencial podem ser calculados plotando-se o gráfico lnk versus 1/T.

A partir de dados da literatura (D.Darnoko and Munir Cheryan), para uma concentração de catalisador (KOH) de 1%, obteve-se os seguintes parâmetros (Energia de ativação e fator pré-exponencial): • 171 •

Os resultados obtidos foram utilizados na previsão da reação de formação do Biodiesel e os resultados comparados com dados simulados e experimentais disponíveis na literatura, havendo boa concordância entre os previstos neste trabalho e os disponíveis na literatura (D. DARNOKO AND MUNIR CHERYAN, 2000). A Figura 1 mostra a comparação dos resultados obtidos neste trabalho e os da literatura. Podemos verificar uma boa concordância para a conversão do triglicerídeo, concentração de biodiesel, formação monoglicerídeo e glicerol entre o previsto e os dados experimentais.

Figura 1. Reação de transesterificação em função do tempo de reação à temperatura de 50ºc e uma concentração de catalisador (KOH) de 1% . Esquerda: literatura (D.Darnoko and Munir Cheryan); direita: previstos neste trabalho.

A Figura 2 mostra o efeito da temperatura na reação de formação do Biodiesel (D.Darnoko and Munir Cheryan) encontrado na literatura. As Figuras 3 a 6 mostram a reação para diferentes temperaturas. A principio, observa-se o efeito da temperatura na reação. Qual temperatura otimiza o processo é objeto da continuação do trabalho.

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Figura 2. Reação de transesterificação em função do tempo de reação às temperaturas de 50, 55, 60 e 65ºc e uma concentração de catalisador (KOH) de 1%. Dados obtidos na literatura (D.Darnoko and Munir Cheryan).

Figura 3. Reação de transesterificação a 37ºc e uma concentração de catalisador (KOH) de 1%.

Figura 4. Reação de transesterificação pelo tempo de reação à temperatura de 60ºc e uma concentração de catalisador (KOH) de 1%.

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Figura 5. Reação de transesterificação pelo tempo de reação à temperatura de 65ºc e uma concentração de catalisador (KOH) de 1%.

Figura 6. Reação de transesterificação pelo tempo de reação à temperatura de 77ºc e uma concentração de catalisador (KOH) de 1%.

5 Conclusão Um modelo matemático para previsão da formação de Biodiesel a partir de óleos vegetais foi implementado no software comercial Mathcad e o código desenvolvido foi capaz de prever, com boa precisão, as reações que ocorrem no processo reacional para a produção do biodiesel. Na continuação deste trabalho será feito um estudo de otimização do processo com o objetivo de encontrarmos a temperatura que maximiza a formação de Biodiesel.

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