Uso da cavitação hidrodinâmica como uma alternativa para a produção de biodiesel

Abstract

O biodiesel é quimicamente constituído por ésteres alquílicos de ácidos graxos. O álcool utilizado em sua produção pode ser metanol ou etanol. O biodiesel é produzido por metanólise ou etanólise de triglicérides naturais, tais como gorduras animais e óleos vegetais. Sabe-se que é uma alternativa ao petrodiesel convencional, devido à sua capacidade de renovação e melhor desempenho de combustão, além de reduzir as emissões de monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC) e materias particulado (MP). A produção de biodiesel consiste na transsesterificação é afetado pelo tipo de álcool, razão molar entre álcool e óleo, quantidade e tipo de catalisador, temperatura e pureza dos reagentes. A transesterificação de trigilicerídeos com metanol ou etanol é uma reação heterogênea e a mistura dos reagentes é de crucial importância. Portanto, um dos parâmetros mais importantes que afetam a reação é a eficiência da mistura. O método usual utiliza um misturador mecânico, no entanto, experimentos foram feitos utilizando cavitação, que pode ser gerada por energia ultra-sônica ou hidrodinâmica que pode ser induzida pelo uso de homogeneizadores de alta pressão ou bombas centrífugas destinadas à melhoria da eficiência da mistura. A cavitação ultra-sônica ou acústica tem sido utilizada para reações químicas severas, ou seja, que requerem uma alta intensidade de mistrua. Neste estudo, foi observado que o método assistido por cavitação hidrodinâmica promove o aumento da produção de biodiesel, em comparação com o método tradicional que utiliza agitação mecânica. A geração de cavitação hidrodinãmica foi feita por uma restrição causada por uma placa de orifício colocada na tubulação de sucção da bomba e a construção do reator foi baseada em normas de testes de bombas, diferente de obras recentes que basearam a construção dos mesmos em homogeneizadores de alta pressão. Também foi observado que a operação do equipamento utilizado é simples e com baixo custo de manutenção, concluindo que o processo de transferência da escala de laboratório para a produção industrial (scale-up) é relativamente simples.

Biodiesel fuel ischemically constitued by fatty acid alkyl esters. The used alcohol in its production can be methanol or ethanol. Biodiesel is produced by nethanolysis or ethanolysis of natural triglycedrides, such as animal fats and vegetable oils. It is known as an alternative to conventional petrodiesel because of its renewability and better combustion performance, in addition to reducing carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) and particulate matter (MP) emissions. Biodiesel production consists on the transeterification of triglycerides with an alcohol. The transesterification process is affected by the alcohol type, molar ratio of alcohol to oil, catalyst type and amount, temperature and reagents purity. The transesterification of triglycerides with methanol or ethanol is a heteregeneous reaction and mixing the reagents is of crucial importance. Therefore, one of the most important parameters affecting the reaction is the misture efficiency. The traditional method for blending in the reactor uses a mechanical mixer, however, experiments were made using cavitation, that can be generated by ultrasonic power or hydrodynamic, induced by high-pressure homogeneizer or centrifugal pumps aiming the improvement of the misture efficiency. The ultrasonic or acoustic cavitation has been used for a long time for chemical reactions, which require a high intense mixture. In this study it as observed that the method assisted by hydrodinamic cavitation promotes the enhacement of biodiesel yield in comparison to the traditional method that uese mechanical stirring. The generation of hydrodynamic cavitation was made by a restriction caused by an pump tests standards, different from recent works which based their arrangement on high pressure homogenizers. It was also observed that the operation of the equipment employed is simple and the reactor has a low acquisition and maintenance cost, concluding that the transfer process from the laboratory scale to industrial production (scale-up) is relatively simple