Otimização do processo de síntese de ésteres etílicos

a partir de gordura utilizando etóxido.Larissa Tagliari e Dra Rachel Feverzani Magnago (PUIC)Engenharia Ambiental – Ponte do Imaruim - UNISUL

IntroduçãoA motivação pela escolha de gordura animal (suíno) para o processo de transesterificação foi devido ao grande número de criadores instaladas no Estado de Santa Catarina, e a elevada quantidade de gordura sem utilização e com destino inadequado.O desenvolvimento do biodiesel (Figura 1) no mundo evidencia-se como uma solução energética por ser renovável, propondo assim um desafio de explorar diferentes tipos de matérias-primas, como a gordura animal, e criando alternativas para diminuição do uso de fontes de energias não renováveis.

Figura 1: Esquema de síntese de biodiesel (monoésteres) e glicerol. C = catalise básica (NaOH, KOH, MeONa, EtONa) ou ácida (ácido sulfúrico).

Objetivos1.Preparar o etóxido de sódio pela reação do álcool etílico com o sódio metálico;2.Testar e otimizar as condições reacionais, variando tempo (3h, 12h e 24h) e temperatura (55o C e 75o C);3.Sintetizar o biodiesel, pelo método de transesterificação utilizando etóxido de sódio, em escala laboratorial;4. Quantificar o biodiesel sintetizado;5. Caracterizar por RMN 1H, IV e CG.

MetodologiaEm um balão equipado com agitação magnética, aquecimento e sistema de refluxo, foi adicionado a gordura e aquecida à temperatura estabelecida,e então foi adicionado etóxido de sódio. A mistura reacional foi mantida na temperatura com agitação magnética em experimentos de 24h, 12h e 3h, nas temperaturas de 55o C e 75o C, respsctivamente. A mistura foi vertida em um funil de separação e deixada decantar.O biodiesel foi lavada com água destilada, e ácido fosfórico a 10%, seco e armazenado. As reações foram realizadas em triplicatas para cada condição. O biodiesel foi caracterizado por análise dos espectros de RMN 1H, IV e CG.

ResultadosAs reações foram realizadas em triplicata variando a temperatura em 35ºC, 55ºC e 75ºC; e tempo de reação com períodos de 3 horas, 12 horas e 24 horas. Na temperatura de 35ºC a gordura apresentou-se com grande viscosidade, a mistura reacional de gordura com alcóxido de etanol não se homogeneizou, fazendo com que a reação não ocorresse.Para a temperatura de 55ºC com 3 horas de reação obteve-se uma média aproximada de 82% de éster etílico e de 18% de glicerina bruta; com 12 horas de reação, a quantidade de ésteres etílicos se aproximou de 80% e a glicerina bruta de 20%; e para a reação com o tempo de 24 horas obteve-se uma média de 75,5% de ésteres etílicos e de 24,5% de glicerina bruta. Na Tabela 1 pode observar-se a massa em grama de biodiesel e de glicerina bruta obtida, as reações foram realizadas em triplicata.

Tabela 1 – Rendimento das sínteses do processo de obtenção do biodiesel de gordura suína, com temperatura de 55º C.

As reações realizadas à temperatura de 75ºC, obteve-se uma média percentual aproximada de 83% de biodiesel e 17% de glicerina bruta com a reação de 3 horas; para a reação de 12 horas a média aproximada foi de 62% de biodiesel e 38% de glicerina bruta; e para 24 horas de reação obteve-se uma média de 76% de biodiesel e 24% de glicerina bruta. Os valores de cada reação, medidos em gramas, podem ser observados na Tabela 2.

Tabela 2 – Rendimento das sínteses do processo de obtenção do biodiesel de gordura suína, com temperatura de 75º.

Analises dos produtosAs análises de IV foram realizadas em um aparelho Perkin-Elmer modelo 16PC, utilizando pastilhas de KBr e as análises de RMN- 1H (Figura 2) foram realizadas em um espectrômetro Varian Mercury Plus 400 – MHz. O cromatógrafo utilizado foi Shimadzu 17 A - modelo CBP20, equipado com detector FID e coluna de 30 m x 0,25 mm x 0,25 mm. A temperatura do injetor foi de 290o C, a temperatura da coluna foi a inicial de 100o C; taxa 8o C/min até temperatura final de 250o C com isoterma de 20 min e a temperatura do detector foi de 310o C coluna. A identificação dos picos foi realizada através da comparação com tempo de retenção de padrões Nu-Check e a quantificação por normalização de área.

Figura 2 – Caracterização obtido no espectro RMN – 1HFonte: Universidade Federal de Santa Catarina, 2008.

No espectro de IV para o biodiesel de gordura suína, obtido a temperatura ambiente 55o

C em 3h de reação, observam-se as bandas com comprimento de onde de 2926 e 2854 (CH), 1739 (C=O), 1465, 1371, 1180, 1035.A Tabelas 3 mostra a composição média de ésteres etílicos de ácidos graxos dos diferentes produto obtido a 55o C em 3h de reação obtida por cromatografia gasosa.

Tabela 3. Composição média de ésteres etílicos de ácidos graxos no biodiesel de suíno, a 55o C em 3h de reação.

ConclusõesA reação de transesterificação utilizada como processo de obtenção de biodiesel, a partir de gordura animal suína, adotada neste trabalho promoveu uma visível conversão do óleo em monoésteres etílicos. O melhor rendimento da síntese foi de aproximadamente 82% de biodiesel da gordura suína. Para os criadores de suínos a utilização de biodiesel como combustível para suas máquinas, como por exemplo, nos tratores, soma-se a vantagem de economizar em combustível além de reduzir a geração de resíduos e a necessidades de tratamento destes.

BibliografiaAGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO. Biocombustíveis - Biodiesel. Disponível em: <http://http://www.anp.gov.br/biocombustiveis/biodiesel.asp>. Acesso em: 12 maio 2008.ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENGENHARIA QUÍMICA. Ponto de Vista: : Biodiesel e Glicerina. Revista Brasileira de Engenharia Química, São Paulo, v. 23, n. 1, p.22-23, 01 jul. 2007. Anual.ASSOCIAÇÃO CATARINENSE DE CRIADORES DE SUÍNOS. Relatório Anual 2007. Disponível em: <http://www.accs.org.br/relatorio.php>. Acesso em: 23 maio 2008.BIODIESELBR. Biodiesel. Disponível em: <http://www.biodieselbr.com/biodiesel/biodiesel.htm>. Acesso em: 17 maio 2008.

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CH2OCOR1

CHOCOR2

CH2OCOR3

+ 3 ROH +C

CH2OH

CHOH

CH2OH

R1-COOR

R3-COOR

R2-COOR

Triglicerídeos Álcool Ésteres Glicerol

Tempo de Reação (h)

Biodiesel (gr)

Média Biodiesel (gr)

Glicerina (gr)

Média Glicerina (gr)

3 147,73

149,33

32,28

32,973 152,72 31,34

3 147,54 35,29

12 140,82

143,86

38,75

36,4412 144,78 33,61

12 145,98 36,96

24 136,95

137,45

44,22

44,7124 137,95 45,20

24 136,54 44,63

Tempo de Reação (h)

Biodiesel (gr)

Média Biodiesel (gr)

Glicerina (gr)

Média Glicerina (gr)

3 155,04

153,65

28,73

30,903 155,17 32,31

3 150,74 31,67

12 141,08

136,31

25,82

28,0712 128,52 28,19

12 139,33 30,20

24 135,95

142,69

51,32

45,0824 150,07 38,02

24 142,04 45,91

O

C

CH2

O

H2C

H3C

H2C

CH2

H2C

CH3

n

1

23

45

6

7

Número de carbonos

Ácido graxo Porcentagem

C14:0 Miristato 1,3

C16:0 Palmítico 24,6

C16:1 Palmitoleato 2,0

C18:0 Estearato 13,1

C18:1 n9 e n7 Oleato e vacenato 43,5

C18:2 Linoleato 15,5