Otimização do processo de producão de biodiesel e glicerol a partir do óleo de palma e soja por modelagem no software dwsim / Optimization of biodiesel and glycerol production process from palm oil and soy by modeling in dwsim software

Authors

  • Diogens Marco de Brito da Cruz
  • Camila Manuelle Cardoso Braz da Silva
  • Jeane Denise de Souza Menezes
  • Adeildo Moacir Costa Magalhães
  • Fabricio Santos de Faro

DOI:

https://doi.org/10.34117/bjdv7n8-094

Keywords:

Biodiesel, Óleo de Palma, Óleo de Soja, Transesterificação.

Abstract

O biodiesel é um biocombustível renovável que é obtido através de um processo químico denominado transesterificação. Por meio desse processo, os triglicerídeos presentes em diversos óleos e gorduras animais reagem com um álcool primário mais comumente adotado, o etanol ou metanol, gerando como subproduto o glicerol. Nesse sentido, a utilização de simuladores comerciais para otimização dos processos produtivos em unidades de produção de biodiesel é de fundamental importância, uma vez que estes contribuem para minimização de custos atrelados aos processos fabris. Assim, este trabalho tem por objetivo a simulação de dois processos produtivos, um contendo o óleo de palma e o outro óleo de soja, aplicando o software DWSIM v5.874. Para isso, as simulações foram realizadas adotando os mesmos parâmetros de operação, de forma a identificar como cada matéria-prima se comporta na conversão da transesterificação. Por meio das simulações, foi verificado que o óleo de palma (processo II) obteve um melhor rendimento na etapa de recuperação do etanol de reciclo, sendo observado que houve um excedente de 136,84 kg.h-1 de etanol com temperatura de 79,15 °C, quando comparado com o óleo de soja (processo I), que obteve um excedente de 152,94 kg.h-1 de etanol destilado a 79,12 °C. Analisando os resultados, foi identificado que o processo I obteve uma corrente de operação de saída de 1044,02 kg.h-1 de biodiesel a 71,68° C com 99,97% de purificação e 0,03% de impurezas na composição, e o processo II com um rendimento total de 1049,42 kg.h-1 e 99,99% de pureza e 0,01% de impurezas em sua composição final. Deste modo, foi evidenciado que o processo II obteve um maior rendimento na conversão do etanol em excesso e uma maior produção de biodiesel em relação ao processo I.

References

ADEWALE, P.; DUMONT, M. J.; NGADI, M. Recent trends of biodiesel production from animal fat wastes and associated production techniques. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 45, p. 574-588, 2015. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2015.02.039

AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVIEIS (ANP). Biodiesel. 2016. Available at: http://www.anp.gov.br/images/publicacoes/Anuario_Estatistico_ANP_2016.pdf

ALBUQUERQUE JÚNIOR, E. B.; MEDEIROS, H. A. D.; RIOS, R. B. Avaliação da produção de biodiesel por transesterificação via catálise heterogênea utilizando óxido de magnésio. In: 58º Congresso Brasileiro de Química, 2018, SÃO LUÍS / MA. CONGRESSO BRASILEIRO DE QUÍMICA, 2018. Available at: http://www.abq.org.br/cbq/2018/trabalhos/9/1950-26872.html

ALVES, A. A.; PEREIRA, V. M.; LEÃO, A. P.; FORMIGHERI, E. F.; CAPDEVILLE, G.; SOUZA, M. T. J. Advancing palm genomics by developing a highdensity battery of molecular markers for Elaeis oleifera for future downstream applications. In: 5th Congress of the Brazilian Biotechnology Society, 4, Florianópolis, SC. Anais... Florianópolis, SC: BMC Proceedings, 2013. Available at: https://doi.org/10.1186/1753-6561-8-S4-P96

APPLEBY D. B. Glicerol. In: KNOTHE et al. Manual do biodiesel. Tradução de Luiz Pereira Ramos. São Paulo: Edgard Blücher, 2006. p. 295-309.

AMIN, Indok Nurul Hasyimah Mohd et al. Analysis of deposition mechanism during ultrafiltration of glycerin-rich solutions. Desalination, v. 261, n. 3, p. 313-320, out. 2010. Available at: https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.04.016

YANO, Anderson Junichi. Aplicação da abordagem diferencial ao cálculo do equilíbrio osmótico de sistemas de múltiplos solventes. 2007. 95 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade de São Paulo, São Paulo, 2007.

Available at: https://doi.org/10.11606/D.3.2007.tde-26072007-181740

BAGNATO, Giuseppe, et al. Glycerol production and transformation: A critical review with particular emphasis on glycerol reforming reaction for producing hydrogen in conventional and membrane reactors. Membranes, v. 7, n. 2, p. 17-48, mar. 2017. Available at: https://doi.org/10.3390/membranes7020017

CRUZ, R. P.; FERREIRA, F. B.; RODRIGUES, F. A. Simulação e análise econômica da produção de biodiesel a partir de óleo de macaúba. The Journal of Engineering and Exact Sciences, v. 3, n. 3, p. 533-560, 2017. Available at: https://doi.org/10.18540/jcecvl3iss3pp533-560

FUKUDA, H.; KONDO, A.; NODA, H. Biodiesel fuel production by transesterification of oils. Jornal of Bioscience ond Bioengineering, Kobe, v. 92, p. 405-416, 2001. Available at: https://doi.org/10.1263/jbb.92.405

INTERNATIONAL ENERGY AGENCY - IEA. Medium term renewable energy market report 2016, Executive summary: market analysis and forcasts to 2021. Available at: http://www.g20ys.org/upload/auto/f33620d7095ba5d592f561438d1422a71f1ef3b0.pdf.

GIRARDI, Jonathan dos Santos. Produção de Biodiesel por Processo não Catalítico com Etanol Supercrítico a partir do Óleo de Tungue (Vernicia fordii) Bruto e in situ. 2015.197f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro Tecnológico. Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis. 2015. Available at: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/156530

GOSLING I. Process Simulation and Modeling for Industrial Bioprocessing: tools and techniques, Industrial Biotechnology, vol.1, n.2, p. 106-109. 2005. Available at: http://dx.doi.org/10.1089/ind.2005.1.106

GUMBA et al. Green biodiesel production: a review on feedstock, catalyst, monolithic reactor, and supercritical fluid technology. Biofuel Research Journal. v.11, p. 431-447. 2016. Available at: https://dx.doi.org/10.18331/BRJ2016.3.3.3

LIMA, R. P.; LUZ, P. T. S.; BRAGA, M.; BATISTA, P. R. S.; COSTA, C. E. F.; ZAMIAN, J. R.; NASCIMENTO, L. A. S.; ROCHA FILHO, G. N. Murumuru (Astrocaryum murumuru Mart.) butter and oils of buriti (Mauritia flexuosa Mart.) and pracaxi (Pentaclethra macroloba (Willd.) Kuntze) can be used for biodiesel production: Physico-chemical properties and thermal and kinetic studies. Industrial Crops and Products, 97, 536-544, 2017. Available at: https://dx.doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.12.052

KIM, M.; DIMAGGIO, C.; YAN, S., WANG, H.; SALLEY, S. O.; Simon Ng, Performance of heterogeneous ZrO2 supported metaloxide catalysts for brown grease esterification and sulfur removal, Bioresour Technol., 102, p. 2380–2386, 2011. Available at: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.10.105

MISCENCO, Dorin. Recuperação e valorização de glicerol bruto da produção de biodiesel a partir de óleos alimentares usados. 2016. Tese (Doutorado em área científica de Engenharia Química) – Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, Portugal, 2016. Available at: http://hdl.handle.net/10316/40260

MOREIRA, Ana Luísa de Vasconcelos. Produção de biodiesel a partir de gordura de frango. Dissertação (Mestrado Integrado em Engenharia Química) - Universidade do Porto, Portugal, 2009. Available at: https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/57755/1/000136502.pdf

ORGANIZATION OF THE PETROLEUM EXPORTING COUNTRIES – OPEC. World Oil Outlook. 10 ed. Vienna, Austria, 2016. Available at: https://www.opec.org/opec_web/static_files_project/media/downloads/publications/WOO%202016.pdf.

OLIVEIRA, D. C. S. ; SOUSA, G. C. M. ; CAVALCANTI, L.A.P. . Estudo da melhoria de propriedades de escoamento a frio e estabilidade oxidativa do biodiesel a partir da mistura de óleo vegetal e gordura animal. Brazilian Journal of Development, v. 7, p. 63226-63240, 2021. Available at: https://doi.org/10.34117/bjdv7n6-616

PANTOJA, S. S.; MESCOUTO, V. A.; COSTA, C. E. F.; ZAMIAN, J. R.; ROCHA FILHO, G. N.; NASCIMENTO, L. A. S. High-Quality Biodiesel Production from Buriti (Mauritia flexuosa). Oil Soapstock. Molecules, p. 24- 94, 2019. Available at: https://dx.doi.org/10.3390%2Fmolecules24010094

PEREIRA, R. G.; SOUZA, F. A. B. A. Purification and characterization of glycerin obtained from soybean biodiesel production. Revista Ibero Americana de Ciências Ambientais, v.10, n.3, p.252-262, 2019. Available at: https://doi.org/10.6008/CBPC2179-6858.2019.003.0022

RENON, H. Prausnitz, J.M. Local composition in thermodynamic excess function for liquid mixtures. AICHE Journal. v.14, p. 135-144, 1968. Available at: https://doi.org/10.1002/aic.690140124

REIS, H. F. A. F.; LIMA, L. P.; PEREZ, R. Palma no Brasil: Viabilidade da Produção de Óleo ou Biodiesel? Revista de Política Agrícola, n. 2, p. 20–30, 2017. Available at: https://www.alice.cnptia.embrapa.br/handle/doc/1080345

RONALDY, J. M. C. L.; SILVA, I. C. P.; TSCHOEKE, J.C.; MELO, J. P.; SILVA, J. G. A.; PACHECO, J. M. F.; THIBÉRIO, P. C. Comparison between experimental and simulated results of biodieselproduction by reactive distillation and energetic assessment. Brazilian Journal of Chemical Engineering, Vol. 36, No. 01, p. 351 - 359, 2019. Available at: https://doi.org/10.1590/0104-6632.20190361s20170266

SILVA, Luís Carlos Matos da. Processo de produção de biodiesel e análise de parâmetros de qualidade. Dissertação (Mestrado em Energias Renováveis e Eficiência Energética) - Instituto Politécnico de Bragança – Escola Superior de Tecnologia e Gestão Bragança, 2014.

SILVA, Silvia Shelly Otaviano da. Estudo do processo de purificação e eterificação do glicerol residual proveniente da indústria do biodiesel. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia de Pós-Graduação em Engenharia Química, Fortaleza, 2019. Available at: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/45859

SILVA, Juliana. Lopes. Modelagem e simulação de reatores autoclave para produção de PEBD. 2012. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2012. Available at: http://hdl.handle.net/10183/60997

SILVA, Tatiana Aparecida Rosa da. Biodiesel de óleo residual: produção através da transesterificação por metanólise e etanólise básica, caracterização físico-química e otimização das condições reacionais. 2011. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de Uberlândia. Uberlândia, 2011. Available at: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/17506

SOUZA, Clarissa Moreno, COSTA, Matheus Schittini Morais da. Simulação e otimização de processos contínuos de produção de biodiesel. 2018. Trabalho de Conclusão (Bacharelado em Engenharia Química) – Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2018. Available at: https://app.uff.br/riuff/handle/1/6993

TAN, H. W.; AZIZ, A. R. A.; AROUA, M. K. Glycerol production and its applications as a raw material: a review. Renewable and sustainable energy reviews, v. 27, p. 118-127, nov. 2013. Available at: https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.06.035

TORRES, Patrícia Zotti. Simulação do processo de produção de biodiesel usando etanol supercrítico. 2015.54 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2015. Available at: https://sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2015/MEQ15047.pdf

ZHANG, Y., D., M.A., M., D.D., K., M. Biodiesel production from waste cooking oil -1. Process design and technological assessment. Ottawa, Canada. 2003. Available at: https://doi.org/10.1016/S0960-8524(03)00040-3

Published

2021-08-05

How to Cite

da Cruz, D. M. de B., da Silva, C. M. C. B., Menezes, J. D. de S., Magalhães, A. M. C., & de Faro, F. S. (2021). Otimização do processo de producão de biodiesel e glicerol a partir do óleo de palma e soja por modelagem no software dwsim / Optimization of biodiesel and glycerol production process from palm oil and soy by modeling in dwsim software. Brazilian Journal of Development, 7(8), 77121–77145. https://doi.org/10.34117/bjdv7n8-094

Issue

Section

Original Papers