UNIVAP – UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA

FEAU – FACULDADE DE ENGENHARIA, ARQUITETURA E URBANISMO

Relatório: Fabricação de Biodiesel a partir de Óleo de Soja Comestível

Prof. : Dr. Henrique Jorge Sousa SalesDisciplina: Laboratório de Engenharia Química IICurso: Engenharia Química

Nomes: Bruno Jairo Nunes Pereira RA: 00920332 Turma: EQUI-9UNA José Pereira Pinto RA: 01211501

Nilton Ricardo Rodrigues RA: 00910338 Luiz Gustavo Domiciano RA: 00912014

São José dos Campos, 12 de março de 2013

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Sumário

1. Objetivo ........................................................................................................................... 32. Introdução ....................................................................................................................... 33. Materiais e Reagentes..................................................................................................... 84. Procedimento Experimental .......................................................................................... 95. Cálculos e Resultados.................................................................................................... 106. Conclusão ....................................................................................................................... 117. Bibliografia ...................................................................................................................... 11

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1. Objetivo

Produzir biodiesel em escala laboratorial a partir de óleo de soja refinado.

2. Introdução

Catálise Homogênea Básica

Os reagentes mais comuns usados para transesterificação de acilgliceróis empregando catálise básica são hidróxido de sódio (NaOH) ou potássio (KOH) em metanol e metóxido de sódio (NaOCH3) em metanol. Os métodos de transesterificação empregando estes reagentes são rápidos e pode ser realizada a temperatura ambiente, em um intervalo curto de tempo. Uma desvantagem, porém, é que estes reagentes não convertem ácidos graxos livres em ésteres metílicos de ácidos graxos devido à reação de saponificação. Logo, sua aplicação se torna limitada quando o óleo a ser transesterificado apresentar alta acidez.

Este reagente pode ser preparado pela dissolução do sódio metálico em metanol anidro, o que requer extremo cuidado, uma vez que esta reação é extremamente exotérmica. Este apresenta boa estabilidade durante meses, mas pode se deteriorar com a precipitação de sal de bicarbonato pela reação com dióxido de carbono da atmosfera.

Os métodos que empregam hidróxido de potássio (ou sódio) em concentração similar, também têm sido muito utilizados devido à facilidade no preparo e ao custo relativamente menor quando comparado com o metóxido.

A reação de transesterificação de óleos vegetais utilizando catálise básica corresponde a uma reação de equilíbrio onde a cinética é regida pelo princípio de Le Chatelier. Logo, o rendimento da reação dependerá do deslocamento do equilíbrio químico a favor dos ésteres formados, através do emprego de um excesso estequiométrico do agente de transesterificação (álcool) e também da otimização de outros fatores como: temperatura de reação, concentração do catalisador, agitação do meio reacional, remoção da água presente nos reagentes, solubilização dos triacilglieróis em solvente como heptano e utilização de metóxido no lugar de hidróxido de sódio.

Pardee and Reid (1920), demonstraram em um estudo as ocorrências das reações de transesterificação e saponificação, bem como a perda no rendimento da reação de transesterificação por hidróxido de potássio em etanol na presença de 5 % de água. Bannon et al.(1982b), estudaram o uso de metóxido de sódio e de hidróxido de potássio e verificaram que o uso de metóxido leva a um maior rendimento, pois não resulta em saponificação. Com base neste estudo Bannon et al., propuseram um método utilizando metóxido de sódio, entretanto, não recomendam o uso para determinação de ácidos graxos de cadeia curta.

Na presença de ácidos graxos livres (AGL), o uso de hidróxidos se torna limitado devido à formação de sabão, comprometendo a análise e o rendimento da reação,sendo que, o aumento da temperatura também pode interferir no rendimento da reação assim como a presença de água.

Mecanismo de Reação Envolvido na Transesterificação por Catálise Básica

A primeira etapa ocorre pela reação entre a base (NaOH) e o metanol produzindo alcóxido e água (Etapa 1). O ataque nucleofílico do íon alcóxido se dá no carbono carbonílico deficiente em elétrons da molécula do triacilglicerol, resultando na formação de um intermediário tetraédrico. O rompimento da ligação entre carbono e oxigênio deste intermediário leva ao produto, éster metílico (Etapa 2) e ao diacilglicerol formado após a remoção do átomo de hidrogênio do metanol (Etapa 3), para formar o íon metóxido e permitir a continuidade do processo.

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Observação: Na utilização de metóxido de sódio como catalisador deve-se evitar a presença de ácidos graxos livres no meio reacional, pois também levam à formação de sabão na presença de base.

3. Materiais e Reagentes

Metanol (15,0g); Metilato de sódio (3,0g) Triglicerídeos – Óleo de soja

(85,0g); Argola; Balança analítica; Balão de fundo redondo (250mL) 3 - Béquer (50mL) 1 - condensador em espiral com

coletor acoplado para refluxo e suporte para termômetro.

1 - Erlenmeyer (125mL); Esferas de vidro – 2mm; 1 - Funil decantador; Garra; Manta de aquecimento elétrica; Placa de aquecimento; Rolhas de borracha;

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2 - Suporte universal; Termômetro;

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4. Procedimento Pesar aproximadamente 85 gramas de óleo de soja, 15 gramas de metanol e 3

gramas de metilato de sódio; Colocar todos os reagentes dentro do balão de fundo redondo, adicionar no

coletor acoplado metanol e aquecer a uma temperatura de aproximadamente 60°C durante 4 horas;

Separar a glicerina formada do metanol utilizando o balão de separação; Realizar os cálculos para determinação do rendimento do experimento.

1ª Parte: Geração de Biodiesel + Glicerina

Foi verificado a massa dos seguintes reagentes:

85,300 g de óleo de soja; 15,042 g de metanol; 3,040 g de metilato de sódio.

Em seguida os reagentes acima foram adicionados dentro do balão e montado o sistema de evaporação;

Dentro do coletor acoplado do condensador foi colocado uma massa de 14,283 g de álcool metílico para evitar perda desse reagente presente na mistura base;

Após acionado o sistema de refrigeração do sistema a manta aquecedora foi ligado e seu termostato regulado para que atinja a temperatura desejada de 60°C.

O aquecimento foi mantido por aproximadamente quatro horas, sendo elas divididas em dois dias distintos.

2ª Parte: Separação Glicerina+Metanol/Biodiesel

O sistema de separação foi preparado utilizando o balão de separação montado no suporte universal e um béquer com massa conhecida de 29,441 g;

O líquido proveniente do balão de fundo redondo foi resfriado até uma temperatura pouco acima da temperatura ambiente e vertido cuidadosamente (para se evitar cair as pérolas de vidro) para dentro do balão de separação;

Foi aguardada a total separação das fases, onde a fase inferior é constituída de glicerina+uma fração de metanol e a fase superior é constituída de biodiesel e na seqüência recolhida a fase da glicerina no béquer e a fase do biodiesel no erlenmeyer.

3ª Parte: Evaporação o metanol presente na glicerina

O béquer contendo a glicerina+a fração de metanol foi levado a uma chapa aquecedora para eliminar o metanol presente através do seu aquecimento;

Para determinar sua total eliminação, de tempos em tempos o béquer era levado à balança analítica varias vezes até obter uma mínima variação de massa;

Dessa massa final, é subtraída a massa do béquer e seu resultado será a base do cálculo para determinação do rendimento do experimento.

5. Cálculos e Resultados

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Determinação do da massa molar do óleo de soja através do Índice de Saponificação (IS)

MMKOH x n =MM Triglicerídeo

(Teórico)

IS

56100 mg/mol

x 3 = 876,5625 g/mol

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Onde:

IS = Índice de saponificação médio para triglicerídeos de soja (189<>195).

MMKOH = Regente alcalino de referência para determinação do IS.

n = número de ligações do glicerídeo

Determinação da massa teórica da glicerina gerada no experimento

Óleo GlicerinaMM Triglicerídeo (Teórico) MM Glicerina (Teórico)

MM Triglicerídeo (pesado) x

Óleo Glicerina876,5625 g/mol 92 g/mol

85 g x

x = 92 x 85,300

876,5625

x = 8,953 g

Onde:

MM Triglicerídeo = massa molar do óleo

MM Triglicerídeo (pesado) = massa obtida através da pesagem na balança analítica

MM Glicerina = massa molar da glicerina

x = massa teórica da glicerina obtida após o experimento

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Determinação da massa real de glicerina gerada no experimento

Ma =Mintermediária – Minicial

Ma = 43,984 – 29,411Ma = 14,543 g

Mb = Mintermediária – Mfinal

Mb = 43,984 – 39,784Mb = 4,2 g

Mc = Mfinal – Minicial

Mc = 39,984 – 29,411Mc = 10,343 g

Onde:

Minicial = massa do béquer vazio antes de receber a mistura glicerina+metanol

Mintermediária = massa do béquer contendo a mistura glicerina+metanol

Mfinal = massa do béquer contendo apenas glicerina

Ma = massa de glicerina+metanol

Mb = massa de metanol

Mc = massa de glicerina obtida no experimento

Rendimento(% em massa da glicerina) teórico x rendimento real

Rendimento Teórico Rendimento Real

MMGlicerina x 100 = % MGlicerinax

100= %

MMTriglicerídeo + Metanol MTriglicerídeo + Metanol

92 g/mol x 100 = % 10,343 gx

100= %

972,5625 g/mol 100,3420 g

%Teórico = 9,45 % %Real = 10,31%

Onde:

MMGlicerina = massa molar da glicerina

MMTriglicerídeo + Metanol = massa molar do óleo

MGlicerina = massa da glicerina obtida no experimento

MTriglicerídeo + Metanol = massa do óleo utilizada no início do experimento

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Rendimento(% em massa do biodiesel) teórico x rendimento real

Rendimento Teórico Rendimento Real

MMÉster x 100 = % MBiodiesel x 100

= %

MMTriglicerídeo + Metanol MTriglicerídeo + Metanol

880,5625 g/mol x 100 = % 86,715 gx

100= %

972,5625 g/mol 100,3420 g

%Teórico = 90,54 % %Real = 86,42%

Onde:

MMÉster= massa molar do éster

MMTriglicerídeo + Metanol = massa molar do óleo

MÉster= massa do éster obtida no experimento

MTriglicerídeo + Metanol = massa do óleo utilizada no início do experimento

6. Conclusão

No presente trabalho foi possível estudar uma reação de transesterificação através de catálise básica homogênea para formação de biodiesel.

A utilização de um condensador com refluxo foi importante para manter o excesso de metanol, garantindo assim, a esterificação e o deslocamento do equilíbrio químico para melhor rendimento.

Na formação dos produtos foi possível separar através de simples decantação devido à baixa solubilidade entre os compostos e pela densidade superior da glicerina. Foi observada na fase da gicerina a coloração marrom devido à presença do catalisador e residual de álcool.

Na fase de biodiesel nota-se opacidade e seria necessário refinamento para quebra de emulsão, retirada de metanol e materiais saponificáveis, posteriormente o mais adequado seria enviar para uma análise de cromatografia para verificar o real rendimento.

Em nosso resultado de rendimento apresentou um desvio percentual de 4,12% ao teórico, porém neste dado está contido erros experimentais tais como erros de quantificação das massas devido a perdas em vidrarias, contaminação com substâncias indesejáveis, dentre outros.

7. Bibliografia

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Klopfenstein, W. E. (1971). On methylation of insaturated acids using boron trihalide-methanol reagents. Journal Lipid Research, 12, 773-776.

SUAREZ, P. A. Z. Produção de Biodiesel na Fazenda.CPT: Viçosa – MG, 220p, 2006.

SCABIO, A., FERRARI, R. A.; OLIVEIRA, V.DA S. Biodiesel desoja — Taxa de

conversão em ésteres etílicos, caracterizaçãofísico-química e consumo em gerador de

energia. Química Nova, 28 (1), p. 19-23, 2005.

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