Equilíbrio líquido-líquido de sistemas ternários FAEEs-Etanol-Glicerol

Abstract

Na tentativa de demonstrar a viabilidade do biodiesel como um biocombustível sustentável, diferentes matérias-primas e processos produtivos têm vindo a ser estudados. Atualmente, o método de produção do biodiesel mais comum é a transesterificação dos óleos vegetais. Nesta reação, os triglicerídeos presentes nos óleos vegetais reagem com álcoois primários na presença de um catalisador e dão origem a duas fases, a fase superior rica em ésteres e fase inferior rica em glicerol. O conhecimento e a capacidade de prever o equilíbrio e composição destas fases é importante, para a otimização de processos de separação e purificação do biodiesel a nível industrial. Assim, o presente trabalho teve como objetivo a determinação de dados de equilíbrio líquido-líquido para sistemas com FAEEs, etanol e glicerol a diferentes temperaturas e a modelação do equilíbrio de fases destes sistemas usando a equação de estado CPA (Cubic-Plus-Association) e o modelo NRTL (Non-Randon, Two-Liquid). Desta forma foram estudados sistemas ternários que podem ser resultantes da reação de produção do biodiesel etílico: FAEEs + etanol + glicerol a temperaturas entre 30 a 70ºC. Os dados obtidos foram correlacionados pela CPA EoS e pelo modelo NRTL. Os resultados mostram que o coeficiente de distribuição do etanol depende do número de carbonos do éster, quanto mais pequeno o éster etílico maior a afinidade com o etanol. A CPA EoS demonstrou ser capaz de descrever de forma adequada os dados de equilíbrio. Igualmente, o modelo NRTL apresentou uma excelente capacidade de reprodução das fases de equilíbrio obtidas experimentalmente. Os desvios médios para os valores das frações mássicas obtidas experimentalmente e calculadas pelo modelo NRTL foram de 0.785 a 2.28% e de 2.70 a 7.02 % com a CPA EoS.

In an attempt to demonstrate the viability of biodiesel as a sustainable biofuel, different raw materials and production processes have been studied. Vegetable oil transesterefication is at the present time the most common method used in biodiesel production. In this reaction, the vegetable oil triglycerides react with primary alcohols in the presence of a catalyst creating two phases, an upper ester-rich layer and a lower glycerol-rich layer. The knowledge and the ability to predict the phases equilibrium and compositions is important to the optimization of industrial biodiesel separation and purification processes. Therefore, the objective of this work was to determine the liquid−liquid equilibria data for multicomponent systems containing FAEEs (Fatty Acid Ethylic Esters), ethanol, glycerol and the phase equilibrium modeling using the CPA EoS (Cubic–Plus–Association Equation of State) and the NRTL (Non-Random, Two-Liquid) model. For that reason ternary systems related with the reaction process intermediate step of ethylic biodiesel production: FAEEs + ethanol + glycerol at temperatures between 30 and 70ºC were studied. The experimental liquid−liquid data were correlated by CPA EoS and by NRTL model. The results demonstrate that the ethanol distribution coefficient depends of the carbon number of the ethylic ester, as carbon chain length decreases, ethylic ester and ethanol affinity increases. The CPA EoS showed the ability to predict adequately the equilibria data. The NRTL model equally showed a great capacity to reproduce experimental phase equilibrium data. The average deviations related to mass fraction composition between experimental and calculated values by the NRTL model were 0.785 to 2.28% than the ones by CPA EoS 2.70 to 7.02 %.