TÍTULO: MONTAGEM DE REATOR TIPO TANQUE AGITADO IRRADIADO POR MICROONDAS PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL

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Ana Carolina Alvarenga Gorjão
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1 TÍTULO: MONTAGEM DE REATOR TIPO TANQUE AGITADO IRRADIADO POR MICROONDAS PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL CATEGORIA: CONCLUÍDO ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA SUBÁREA: ENGENHARIAS INSTITUIÇÃO: CENTRO UNIVERSITÁRIO DO INSTITUTO MAUÁ DE TECNOLOGIA AUTOR(ES): GUILHERME ARAUJO JOAQUIM ORIENTADOR(ES): LUIZ ALBERTO JERMOLOVICIUS COLABORADOR(ES): RENATA BORGES DO NASCIMENTO

INSTITUIÇÃO: CENTRO UNIVERSITÁRIO DO INSTITUTO MAUÁ DE TECNOLOGIA AUTOR(ES): GUILHERME

2 MONTAGEM DE REATOR TIPO TANQUE AGITADO IRRADIADO POR MICROONDAS PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL Guilherme Araujo Joaquim; Renata Borges do Nascimento; Luiz Alberto Jermolovicius 1. Resumo Neste trabalho foram montados dois reatores contínuos tipo tanque agitado para processarem a transesterificação de óleos vegetais com etanol, um com aquecimento convencional e outro irradiado por micro-ondas. O objetivo foi analisar a operação de ambos e estabelecer um procedimento padrão de operação destas duas versões de reator para produção de biodiesel. Foram realizados testes operacionais que introduziram alterações nos reatores melhorando sua operação. 2. Introdução Devido à previsão de esgotamento das fontes energéticas não renováveis, especificamente o petróleo, desencadeou-se uma busca de fontes de energias renováveis, isto é, oriundas de culturas sasonais e que provoquem menor impacto na natureza que os combustíveis fósseis. O biodiesel é uma boa alternativa para os meios de transporte baseado em motores ciclo Diesel, pois devido a sua estrutura molecular apresenta um alto índice de cetanas. O biodiesel comumente é produzido pelo processo de transesterificação de triglicerídeos, como os óleos de soja, de dendê, com o álcool etílico ou o metílico, na presença de um catalisador, como se apresenta na figura 1. A transesterificação é efetuada usualmente em batelada utilizando aquecimento convencional por vapor ou óleo térmico. Figura 1: Reação de formação de biodiesel. Na produção de biodiesel, sob aquecimento convencional, o calor é transferido à reação a partir da sua superfície quente do reator, ou seja, pela sua camisa de aquecimento, por condução e convecção. Estabelece-se um gradiente térmico entre a superfície aquecida e a massa dos reagentes. Este fato faz com que a reação ocorra em temperatura intermediária aos valores da parede quente e o centro do reator. Asssim, o reator opera em um valor médio de temperatura inferior à temperatura de seu aquecimento e como consequência a velocidade de reação não atinge o valor máximo que poderia atingir na temperatura do aquecimento. Atualmente, os processos de síntese tem encontrado na aplicação de micro-ondas uma boa alternativa para aumentar a velocidade de reação e rendimento (Lidström, 2001). Um motivo para tanto é a característica das micro-ondas promoverem um aquecimento volumétrico, isto é, aquecem o volume de material no qual penetraram (Metaxas, 1983), evitando a formação de gradientes térmicos. Fato que permite operar em uma temperatura média superior à dos sistemas

por micro-ondas. O objetivo foi analisar a operação de ambos e estabelecer um procedimento padrão de operação destas duas versões de reator para produção de biodiesel.

3 convencionais de aquecimento. Por outro lado, a literatura especializada relata o fenômeno de efeitos não térmicos de micro-ondas que, via de regra, aumentam a velocidade das reações químicas (Senise, 2004). 3. Objetivos O objetivo deste projeto é a construção de reator contínuo tipo tanque agitado e irradiado por micro-ondas de 2,45 GHz para produção de biodiesel. Visando buscar o desenvolvimento de um equipamento apropriado a processo incentivado por micro-ondas de transesterificação de óleos vegetais, a fim de tornar a produção de biodiesel mais econômica.. 4. Metodologia Foram montados dois reatores contínuos tipo tanque agitado (CSTR). Este tipo de reator é caracterizado por entrada e saída contínuas de reagentes e produtos e por ser um sistema fortemente agitado para garantir uma homogeneidade de mistura (figura 2), promovendo a dispersão o mais rápida possível dos reagentes e levando o reator a operar nas concentrações de saída do produto (Levenspiel, 2000). Um reator foi montado para operar com aquecimento convencional imerso em um banho termostático (figura 2), e outro para operar com aquecimento por micro-ondas de 2,45 GHz dentro de uma cavidade multimodal (figura 3). A operação de ambos permitirá, em próximo trabalho, comparar os seus resultados e avaliar em qual deles ocorre a melhor produtividade de biodiesel, ou no processo convencional ou no irradiado por micro-ondas. Figura 2- Montagem de reator CSTR para processo convencional de biodiesel. 5. Desenvolvimento Para a montagem do reator (CSTR) operando com aquecimento convencional, foi utilizado um frasco tipo kettle, colocado dentro de um banho de água à temperatura constante de 45ºC. Porém o reator não se aquecia por completo, pelo fato de o banho termostático não conter o reator por inteiro. Para solucionar este entrave foi montado um esquema de reciclo da água aquecida do banho termostático em um galão de água de 5L. Foi utilizado um agitador para homogeneizar os reagentes. Duas bombas previamente calibradas e dois béqueres com saídas a elas conectadas alimentaram o reator com óleo e com etanol. Este esquema esta mostrado na figura 3.

Objetivos O objetivo deste projeto é a construção de reator contínuo tipo tanque agitado e irradiado por micro-ondas de 2,45 GHz para produção de biodiesel.

4 O processo de preparo do biodiesel foi baseado no trabalho de Géris (2007) e Luana (2012). Como a proporção de álcool e óleo foi de 3:1 respectivamente, a vazão de álcool junto com a mistura do catalisador foi de 0,51 ml/s e a vazão do óleo de soja de 0,16 ml/s em um tempo de residência de 11 minutos para o processo convencional e de 7 minutos sob irradiação com microondas. Figura 4- Esquema de reator CSTR Figura 3: Reator CSTR irradiado por micro-ondas para preparo de biodiesel. 6. Resultados Através deste estudo, foi possível identificar problemas de operação que induziram alterações na montagem do reator irradiado por micro-ondas. Foi observado que o reator demora cerca de 10 minutos para entrar em regime estacionário, após uma alteração de seus parâmetros operacionais. Para determinar quando o processo estaria em estado estacionário, foi utilizado um refratômetro para medir o índice de refração do efluente e aferir quando ele atinge um valor constante. 7. Considerações Finais O processo contínuo para preparo de biodiesel, tanto com aquecimento convencional como com aquecimento por micro-ondas é de fácil operação. Estes dois equipamentos serão úteis no estudo,

11 minutos para o processo convencional e de 7 minutos sob irradiação com microondas. Figura 4- Esquema de reator CSTR Figura 3: Reator CSTR irradiado por micro-ondas para preparo de biodiesel. 6.

5 em projeto futuro, da comparação do desempenho de processo convencional com o processo irradiado por micro-ondas. 8. Fontes Consultadas Geris, R; Santos, A. N; Amaral, A. B; Maia, S. I.; Castro, D. V; Carvalho, R. J. (2007) Biodiesel de soja- Reação de transesterificação para aula práticas de química orgânica. Química Nova, Vol.30, n 5, idström, P., et al. Microwave Assisted Organic Synthesis a Review. Tetrahedrom,2001, pp Levenspiel, O.(2000) O. Engenharia das Reações Químicas. 3 ed. Brasil, Edgard Blücher. Lidström, P., et al. Microwave Assisted Organic Synthesis a Review. Tetrahedrom,2011, pp Metaxas, A. C. and Meredith, R. J. Industrial Microwave Heating. 2 Ed. England: Peter Peregrinus, pp Senise, J. t., Jermolovicius, L. A. Microwave Chemistry A Fertile Field for Scientific Research and Industrial Applications. Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications (ISSN ), 2004, 3(5),

Microwave Assisted Organic Synthesis a Review. Tetrahedrom,2001, pp 225-283. Levenspiel, O.(2000) O. Engenharia das Reações Químicas. 3 ed. Brasil, Edgard Blücher. Lidström, P., et al.

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