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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2008.tde-30052008-141527
Documento
Autor
Nome completo
Evelyn Edith Gutiérrez Oppe
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2008
Orientador
Banca examinadora
Taqueda, Maria Elena Santos (Presidente)
Palma, Mauri Sérgio Alves
Tadini, Carmen Cecília
Título em português
Desidratação por destilação azeotrópica da glicerina obtida como subproduto da produção do biodisel.
Palavras-chave em português
Biodiesel
Destilação azeotrópica
Fontes alternativas de energia
Glicerina
Resumo em português
O trabalho visa substituir processos comercialmente usados na indústria para purificação da glicerina obtida a partir de biodiesel. A purificação da glicerina até grau técnico ou P.A. (99,5 % em massa) implica em um grande consumo de energia nos processos de evaporação e destilação, pela necessidade de altos vácuos. Como alternativa, a desidratação da glicerina pode ser realizada por destilação azeotrópica heterogênea usando baixas temperaturas e a pressão atmosférica. O objetivo deste trabalho foi estudar a viabilidade técnica do processo de desidratação da glicerina por meio da destilação azeotrópica com tolueno e comparar o consumo de energia com os processos tradicionais. Para atingir o objetivo, avaliou-se a influencia das variáveis de processo: vazão de alimentação de glicerina (g/s) (X1 codificado), vazão de alimentação do vapor de tolueno (g/s) (X2 codificado), concentração inicial de glicerina (% em massa) (X3 codificado), temperatura de alimentação da glicerina (°C) (X4 codificado), na concentração final de glicerina. A construção do modelo foi feita a partir de um planejamento fatorial composto de segunda ordem, usando glicerina P.A. A concentração final foi estimada mediante o índice de refração e massa específica. Obteve-se o seguinte modelo: 2 1,96X2 13,18X3 6,42X1X3 2,24X2X3 1 %GLI = 79,42 8,88X1 + 4,72X + + + que mostrou que a temperatura de alimentação (X4 codificada) não exerceu influencia na concentração final de glicerina. Observou-se pelo modelo que é preferível utilizar valores máximos de X2.e mínimos de X1. Com estes ensaios foi possível obter uma glicerina 99% pura, porém apresentava um ligeiro cheiro de tolueno, que foi eliminado mediante arraste com ar (stripping). Para verificar o modelo empregou-se glicerina bruta oriunda do biodiesel previamente tratada. O processo prévio consistiu de: acidificação, neutralização, salting out com isopropanol, evaporação do álcool e troca iônica. A glicerina obtida após o processo de troca iônica, aparentemente só água e glicerina com 38,6 % em massa, foi usada para a verificação do modelo. Obteve-se por destilação azeotrópica uma glicerina com 92 % em massa, quando o valor predito pelo modelo foi 99 %. Esta glicerina tratada apresentou um desvio do modelo devido a presença de resíduos de sabões, porém ficou demonstrado a possibilidade de desidratação de glicerina por este processo necessitando apenas de melhorias nas etapas de purificação até a troca iônica. Também, avaliou-se a eficiência da coluna comparando a separação dada pela coluna com a dada por um único estágio de equilíbrio nas mesmas condições de vazão e concentração, concluindo-se que era da ordem de 10 %. Finalmente, este processo consome cerca de 57,72 % de energia em relação aos processos de evaporação e destilação a vácuo tradicionalmente usados.
Título em inglês
Dehydration by azeotropic distillation of glycerine obtained as byproduct of biodiesel production.
Palavras-chave em inglês
Azeotropic distillation
Biodiesel
Glycerine
Glycerine purification
Resumo em inglês
This study aims to replace commercially processes used in industry for glycerine purification obtained from biodiesel. The purification of glycerine up to technical degree or PA (99.5% by weight) involves a large consumption of energy in the evaporation and distillation processes due to need operate at high vacuum. Alternatively, dehydration of glycerine can be achieved by heterogeneous azeotropic distillation using low temperature and atmospheric pressure. The objective of this work was to study the technical feasibility of the dehydration process of glycerine through azeotropic distillation with toluene and compare the energy consumption with traditional processes. To reach this objective, the influence of process variables: feed flow rate of glycerine (g/s) (X1 coded), feed flow rate of steam toluene (g/s) (X2 coded), initial concentration of glycerine (% by weight) (X3 coded), the temperature of food glycerine (°C) (X4 coded) has been studied in the final concentration of glycerine. The empirical model was built through fitting of data obtained from a factorial second order design, using glycerine PA. The final concentration was estimated by refractive index and density. The fitted model was: 2 1,96X2 13,18X3 6,42X1X3 2,24X2X3 1 %GLI = 79,42 8,88X1 + 4,72X + + + The model appoints that the feed (inlet glycerine solution) temperature (X4 coded) had no influence in the outlet concentration of glycerine. Moreover, it has been observed that is better to use maximum X2.and minimum X1. From these tests were possible to obtain a glycerine 99% purely, but it had a light smell of toluene, which was removed by stripping with air. In order to verify the empirical model, it has been used raw glycerine from biodiesel production. This glycerine was previously treated following the steps: acidification, neutralization, salting out with isopropanol, evaporation of isopropanol and ion exchange. The obtained glycerine after the process of ion exchange, presented 38.6% in weight, apparently only glycerine in water, has been used to check the model. Content of glycerine by this distillation was 92% in weight, when the predict value by the model was 99%. The deviation from the model was due to the presence of soap residues, but it has been demonstrated the possibility of dehydration of glycerine by this process requiring only some improvements in purification steps up to the ion exchange. In addition, it has been estimated the column efficiency by comparison of the separation in both column and single stage at the same flow rate and concentration conditions, concluding that it was 10 %. Finally, this process consumes approximately 57.72% of energy in relation to the processes of evaporation and vacuum distillation traditionally used.
 
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Data de Publicação
2008-07-03
 
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