Estudo da separação de fases na síntese de ésteres etílicos de ácidos graxos

Abstract

Os ésteres de ácidos graxos possuem diversas aplicações interessantes, tais como biocombustíveis, aditivos em pavimentos de concreto e agentes de cura de revestimentos. Para sua síntese, pode ser utilizada a reação de transesterificação de um triacilglicerol e um álcool, obtendo-se o glicerol como subproduto. Atualmente, este procedimento é realizado em grande escala utilizando-se óleo de soja, como fonte de triglicerídeo, e metanol. Porém, o etanol é um álcool bastante promissor como substituinte do metanol, pois é proveniente de fontes renováveis, além de ser mais seguro e menos tóxico. Tais pontos são bastante positivos tratando-se do Brasil, que é um dos maiores produtores de etanol do mundo. Por este motivo, o estudo da viabilidade desta reação vem sendo bastante explorado nos últimos tempos. O grande problema desta reação é a separação de fases dos ésteres etílicos de ácidos graxos (FAEE) e do glicerol, depois do fim da reação. O presente trabalho visou o estudo da separação de fases após da reação de síntese. Esta foi conduzida com catálise homogênea alcalina (KOH), obtendo-se um grau de conversão médio de 84 %. Foram gerados, por simulação, diagramas ternários de equilíbrio de fases entre glicerol, etanol e FAEE com a finalidade de nortear os ensaios realizados. Na previsão desses equilíbrios foram utilizados os modelos termodinâmicos UNIFAC e NRTL-HOC, dentro do simulador Aspen Plus® V10. Esses diagramas indicaram que a separação de fases é facilitada em temperaturas mais baixas. Foram, então, realizados quatro procedimentos diferentes para se promover essa separação. No primeiro foi feito o resfriamento da mistura a ser separada até 20 ºC, mas não se conseguiu a separação entre as fases. No segundo foram retirados 4 % de etanol por destilação, seguido por resfriamento até 20 ºC. No terceiro se promoveu a retirada de 4 % de etanol, adição de 10 % de glicerol e resfriamento até 20 ºC. No quarto ensaio foram retirados 4 % de etanol e depois se fez lavagem com 30 % de água. Nesses três últimos ensaios houve a separação de fases, com tempos de 180, 35 e 5 minutos, respectivamente, para haver a decantação. Os resultados experimentais também mostraram que as estimativas previstas pelo modelo de coeficiente de atividade UNIFAC foram mais precisas do que as estimadas pelo modelo NRTL-HOC.

Fatty acid esters have several interesting applications, such as biofuels, additives in concrete floors and coatings curing agents. For its synthesis, the transesterification reaction of a triacylglycerol and an alcohol can be used, obtaining glycerol as a by-product. Currently, this procedure is performed on a large scale using soybean oil as a source of triglyceride and methanol. However, ethanol is a very promising alcohol as a substitute for methanol, as it comes from renewable sources, in addition to being safer and less toxic. Such points are very positive when it comes to Brazil, which is one of the largest ethanol producers in the world. For this reason, the study of the viability of this reaction has been extensively explored recently. The biggest problem with this reaction is the phase separation of the fatty acid ethyl esters (FAEE) and glycerol, after the end of the reaction. The present work aimed at studying the phase separation after the synthesis reaction. This was carried out with homogeneous alkaline catalysis (KOH), obtaining an average degree of conversion of 84 %. Ternary phase balance diagrams between glycerol, ethanol and FAEE were generated by simulation in order to guide the tests performed. In predicting these balances, UNIFAC and NRTL-HOC thermodynamic models were used, within the Aspen Plus® V10 simulator. These diagrams indicated that phase separation is facilitated at lower temperatures. Then, four different procedures were carried out to promote this separation. In the first, the mixture was cooled to be separated to 20 ºC, but the separation between the phases was not achieved. In the second, 4 % ethanol was removed by distillation, followed by cooling to 20 ºC. In the third, 4 % ethanol was removed, 10 % glycerol added and cooling to 20 ºC. In the fourth test, 4 % ethanol was removed and then washed with 30 % water. In these last three tests, phases were separated, with times of 180, 35 and 5 minutes, respectively, for decanting. The experimental results also showed that the estimates provided by the UNIFAC activity coefficient model were more accurate than those estimated by the NRTL-HOC model.