REMOÇÃO DO GLICEROL LIVRE PRESENTE NO BIODIESEL POR SORÇÃO EM VERMICULITA

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1 REMOÇÃO DO GLICEROL LIVRE PRESENTE NO BIODIESEL POR SORÇÃO EM VERMICULITA R. GUIMARÃES 1, A. E. COSTA 2, C. A. K. GOUVÊA 3 J. K. ANDREAZZA 3 1 Bolsista d Iniciação Cintífica PIBIC/CNPq Cntro Univrsitário Tupy 2 Cntro Univrsitário Tupy, Docnt do Dpartamnto d Engnharia Química Orintadora d Iniciação Cintífica 3 Cntro Univrsitário Tupy, Docnt do Dpartamnto d Engnharia Química para contato: alcosta@hotmail.com RESUMO Nst trabalho studou-s a purificação d biodisl quanto à rmoção d glicrol livr utilizando a sorção como um método altrnativo à usual lavagm aquosa. Após sr produzido, o biodisl prcisa passar por uma tapa d purificação final visando atndr às spcificaçõs d qualidad stablcidas pla ANP. O método da lavagm aquosa possui grands dsvantagns, como o abundant consumo d água gração d flunts. Assim, propõ-s a purificação d biodisl por sorção m vrmiculita, matrial altrnativo d baixo custo. Tsts cinéticos d quilíbrio d sorção foram ralizados m batlada tmpratura ambint, sndo ralizadas as análiss d tor d glicrol livr por cromatografia gasosa. Foram aplicados os modlos d Frundlich Langmuir para dscrição das isotrmas. Nos nsaios d quilíbrio, a isotrma d Langmuir rprsntou mlhor o comportamnto dos matriais, sndo qu a vrmiculita foi tão ficint quanto o padrão comrcial na rmoção d glicrol livr do biodisl. Dssa manira, a sorção m vrmiculita mostrou-s um método adquado para a purificação d biodisl, podndo sr mprgado m substituição à lavagm aquosa. Palavras-chav: Glicrol Livr, Cinética, Isotrma. 1. INTRODUÇÃO O biodisl é um combustívl drivado d ólos vgtais ou gorduras animais, sndo constituído por éstrs monoalquilícos d ácidos graxos d cadia longa. O procsso usual para sua produção é a ração d transstrificação, ond um álcool d cadia curta rag com um triglicrído na prsnça d um catalisador (ácido ou básico), formando éstrs monoalquílicos (biodisl) glicrol. Dstaca-s como altrnativa ao disl por possuir similaridad d propridads, causar mnor impacto ambintal possibilidad d produção a partir d matérias-primas rnovávis (KUCEK, 2004). Dntr os bnfícios da utilização do ólo rsidual d frituras para produção do biodisl, pods dstacar o su mnor custo, a inadquação para fins alimntícios o problma constituído por su Ára tmática: Engnharia das Sparaçõs Trmodinâmica 1

2 dscart inadquado. Logo, o su mprgo é vantajoso do ponto d vista conômico ambintal quando comparado a ólos virgns (COSTA, 2008). Em 2012 a Agência Nacional do Ptrólo, Gás Natural Biocombustívis (ANP) publicou a sua Rsolução númro 14, na qual constam quais dvm sr as caractrísticas qu o biodisl dv aprsntar parar sr comrcializado (ANP, 2012). A qualidad do biodisl produzido é um dos fators qu dfin s a proporção da adição do biodisl ao ólo disl irá aumntar ou não, sndo considrada d grand importância para os mprsários da ára, pois um aumnto obrigatório significa maior dmanda (FREITAS, 2011). Após sua produção, o biodisl prcisa passar por uma tapa d purificação final para rmoção dos contaminants. Esta tapa gralmnt é ralizada plo método da lavagm aquosa, o qual possui dsvantagns como a grand gração d flunts a propnsão à formação d mulsõs (FINEP, 2006). Dss modo, nst trabalho, prtnd-s ralizar a purificação d biodisl produzido com mtanol ólo d frituras plo método da sorção, usando um sorvnt altrnativo (a vrmiculita), d modo a obtr um procsso d purificação livr da utilização d água, mprgando um matrial d baixo custo. O mprgo da tapa d purificação é ssncial para qu o biodisl final atnda às spcificaçõs da ANP. Assim, o objtivo dss studo é dsnvolvr um método d purificação final d biodisl provnint d ólos rsiduais d fritura por sorção, utilizando vrmiculita como sorvnt altrnativo, visando substituir a tradicional tapa d lavagm aquosa dos éstrs. Por fim, dsja-s avaliar a ficiência do matrial altrnativo m rlação à rmoção d traços d glicrol livr do biodisl. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Biodisl Para ralização dos nsaios d purificação utilizou-s biodisl produzido pla mprsa Ecobiosul do Brasil Ltda., localizada na cidad d Araquari - SC. Para sua produção foi utilizado ólo rsidual d frituras mtanol, submtidos ao procsso d transstrificação m batlada. Na Tabla 1, aprsntam-s propridads do biodisl usado nos xprimntos d sorção. Tabla 1 Propridads iniciais do biodisl. Dnsidad - ρ Glicrina livr GL (kg m -3 ) (% massa) 0,877 0, Sorvnts Foi slcionado um matrial com caractrísticas adsortivas absortivas para sr mprgado como sorvnt durant os nsaios, a vrmiculita. A fim d comparar os rsultados obtidos, utilizou-s Ára tmática: Engnharia das Sparaçõs Trmodinâmica 2

3 uma rsina comrcial spcífica. Vrmiculita: A vrmiculita utilizada nos nsaios custa m média R$ 0,50/kg. Rsina comrcial PD206: A rsina comrcial slcionada é a PD206, fabricada pla Purolit. Trata-s d uma rsina com finalidad spcífica para purificação d biodisl obtido pla ração d transstrificação. Su prço aproximado é d US$ 14,00/kg, acrscido d 5% d IPI. A Tabla 2 aprsnta algumas caractrísticas dssa rsina Cinéticas d Sorção Tabla 2 - Caractrísticas da rsina PD206 (Purolit, 2014). Caractrísticas básicas Aplicação Purificação d biodisl Estrutura polimérica Polistirno com divinilbnzno, tipo gl Aparência Partículas sféricas Grupo funcional Ácido sulfônico Forma iônica d troca H + Em trabalho antrior (GUIMARÃES t al., 2014), as cinéticas foram ralizadas m batlada à tmpratura ambint m duplicata. Foram adicionados 40 ml d biodisl 0,5 g d sorvnt m béqurs d 100 ml. Postriormnt, os sistmas foram submtidos à agitação mcânica m tmpos pré-dtrminados ntr minutos. Em sguida, sparou-s o sorvnt do biodisl por filtração a vácuo. Por fim, para avaliar a quantidad d glicrol livr nas amostras após o procsso d sorção, ralizou-s anális d cromatografia gasosa, conform a norma EN (CEN, 2010) Isotrmas d Sorção Procdimnto xprimntal: Os nsaios foram ralizados m batlada à tmpratura ambint m duplicata, smlhant às cinéticas d sorção. Foram adicionados 40 ml d biodisl massa variávl d sorvnt d 0,1 g, 0,2 g, 0,3 g, 0,4 g 0,5 g m béqurs d 100 ml. Logo após, o sistma foi mantido à agitação mcânica por 90 minutos. Novamnt utilizou-s filtração a vácuo para rmovr o sorvnt do biodisl o método AOCS Ca para dtrminação dos tors d glicrol livr. Modlos para dscrição das isotrmas: Foram slcionados dois modlos para analisar o sorvnt m studo, Langmuir Frundlich. A isotrma d Langmuir é adquada para adsorção m monocamada m suprfícis homogênas, sndo muito utilizada como ponto d partida para formulaçõs d xprssõs cinéticas. Ára tmática: Engnharia das Sparaçõs Trmodinâmica 3

4 Sua formulação é basada na hipóts d qu as forças d intração ntr as moléculas adsorvidas são dsprzívis qu cada sítio é dfinido pod sr ocupado por apnas uma molécula (LANGMUIR, 1916). A xprssão da isotrma d Langmuir é aprsnta na Equação 1. q q0 b. C. 1 b. C (1) A Equação 1 pod sr rarranjada, obtndo-s assim a sua forma linarizada, conform a Equação 2. C q 1 C (2) q b q 0 0 A partir dos parâmtros C 0 b, podmos prvr as caractrísticas ssnciais da isotrma d Langmuir utilizando o fator adimnsional d sparação RL, aprsntado pla Equação 3. O valor d RL indica o tipo d isotrma d adsorção obtido, além d forncr informaçõs a rspito do quilíbrio d adsorção nvolvido, na Tabla 3 aprsnta-s ss parâmtro. 1 RL (3) 1 C b 0 Tabla 3 - Tipo d isotrma d acordo com o valor do fator d sparação RL. RL Tipo d isotrma RL > 1 Equilíbrio Dsfavorávl RL = 1 Caso Linar 0 < RL < 1 Equilíbrio Favorávl RL 0 Caso Irrvrsívl O modlo d Frundlich, aprsntado na Equação 4 também é muito utilizado na dscrição das isotrmas, é apropriado para rprsntar as suprfícis htrogênas, além d considrar a xistência d multicamadas adsorvidas. Su mprgo também sugr qu a nrgia d sorção dcrsc xponncialmnt com a ocupação dos sítios ativos do adsorvnt (FREUNDLICH, 1906; CRINI t al., 2007). Ess modlo é a mais antiga quação para dscrvr o procsso d sorção. n q K C (4) F A Equação 4 pod sr rarranjada, obtndo-s a forma linarizada do modlo d Frundlich, conform a Equação 5. Ára tmática: Engnharia das Sparaçõs Trmodinâmica 4

5 log q log K nlog C (5) F O modlo aprsnta mlhors rsultados para casos m qu apnas um soluto stá prsnt no mio. No ntanto, a dsvantagm dsta isotrma mpírica é qu para concntraçõs d soluto próximas a zro, o modlo não s rduz à Li d Hnry, o qu limita sua faixa d concntração, sgundo Fritz Schlündr (1981). 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Cinéticas d Sorção Na Figura 1 são aprsntados os rsultados cinéticos, obtidos m trabalho antrior (Guimarãs t al., 2014), rfrnts ao tor d glicrol livr vrsus tmpo para os matriais analisados. Figura 1 Cinéticas d adsorção do glicrol livr do biodisl m vrmiculita m PD206. A partir da Figura 1, obsrva-s qu a vrmiculita a rsina comrcial alcançaram índics mnors do qu o valor máximo d 0,02% m massa d glicrol livr stipulado pla ANP. Porém, a vrmiculita rduziu os tors mais rapidamnt, m crca d 30 minutos. A rsina comrcial lvou crca d 60 minutos para alcançar o valor stablcido pla spcificação da ANP Isotrmas d Sorção As Figuras 3 4 foram obtidas a partir da aplicação do modlo d Langmuir linarizado (Equação 2) rprsntam as isotrmas d sorção do glicrol livr m vrmiculita m rsina PD206. Ára tmática: Engnharia das Sparaçõs Trmodinâmica 5

6 Figura 3 Isotrma d sorção d glicrol livr do biodisl m vrmiculita. Figura 4 Isotrma d sorção d glicrol livr do biodisl m PD206. Na Tabla 4 são aprsntados os coficints obtidos com a aplicação da isotrma d Langmuir aos dados xprimntais. Os coficints d rgrssão linar (R 2 ) aprsntados na Tabla 4 indicam qu os dados xprimntais ajustaram-s bm ao modlo d Langmuir, para ambos os sorvnts. Já plo coficint q 0 pod-s obsrvar a maior capacidad d sorção d glicrol livr por part da vrmiculita m rlação ao valor da rsina PD206. Com rlação ao parâmtro RL, os valors abaixo d 1 indicam qu o quilíbrio d adsorção é favorávl, rssaltando a viabilidad do método. Tabla 4 Coficints do modlo d Langmuir para isotrmas d sorção. Sorvnt q 0 (mg/g) b (ml/mg) RL R 2 Vrmiculita 454,5 7,3 0,98 0,9951 PD ,1 11,3 0,97 0,9957 Ára tmática: Engnharia das Sparaçõs Trmodinâmica 6

7 O modlo d Frundlich, no ntanto, não obtv o msmo sucsso na rprsntação dos dados m studo. Além disso, a prsnça d cálculos logarítmicos m pontos com concntraçõs d glicrol livr iguais a zro dram origm a indtrminaçõs. Dssa forma, st modlo não mostrou-s adquado para avaliação do comportamnto dos procssos d sorção m studo. 4. CONCLUSÕES Com bas nos rsultados dos nsaios cinéticos d sorção pod-s concluir qu tanto a vrmiculita quanto a diatomita aprsntaram bom dsmpnho na rmoção d glicrol livr do biodisl, aprsntando comportamntos similars ao da rsina comrcial spcífica para ssa finalidad. O uso d ambos os sorvnts rsultou m biodisl com tor d glicrol livr prmitido pla ANP (0,02% m massa), m um tmpo d sorção d 30 minutos. Sobr os modlos para dscrição das isotrmas, o modlo d Langmuir rprsntou satisfatoriamnt os dados xprimntais. Através d sus parâmtros foi possívl avaliar qu a vrmiculita aprsntou comportamnto d quilíbrio similar ao da rsina comrcial PD206. Os rsultados aprsntados dmonstram qu a sorção é um método viávl para substituir a usual lavagm aquosa na purificação do biodisl qu a vrmiculita mostra-s como sorvnt ficint na rmoção d traços d glicrol livr do biocombustívl. 5. NOMENCLATURA b: Parâmtro rlacionado à afinidad (ml líquido/mg sólido) C: Constant qu rprsnta o coficint linar do modlo d difusão intraparticular (mg sólido/g sorvnt) C : Concntração d quilíbrio do adsorbato na fas líquida(mg sólido/ ml líquido) C 0 : Concntração inicial d GL do biodisl [g/ml] K F : Constant d Frundlich ki: Constant d difusão intraparticular (mg sólido/g sorvnt min 1/2 ) k 1 : Constant da quação cinética d psudo-primira ordm (min -1 ) k 2: Constant da quação cinética d psudo-sgunda ordm (g sorvnt/mg sólido min) q : Quantidad d sólido prsnt no sorvnt no quilíbrio (mg sólido/g sorvnt) q t : Quantidad d sólido prsnt no sorvnt no tmpo t (mg sólido/g sorvnt) q 0 : Massa máxima d soluto adsorvido na monocamada (mg sólido/ g adsorvnt) n: Coficint mpírico do modlo d Frundlich RL: Fator adimnsional d sparação t: Tmpo (min) 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANP - AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEL. Rsolução ANP N 14 d Disponívl m: < Ára tmática: Engnharia das Sparaçõs Trmodinâmica 7

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