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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.97.2018.tde-07082018-155844
Documento
Autor
Nome completo
Annie Alexandra Ceron Sanchez
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Lorena, 2018
Orientador
Banca examinadora
Castro, Heizir Ferreira de (Presidente)
Canettieri, Eliana Vieira
Oliveira, Pedro Carlos de
Paula, Ariela Veloso de
Santos, Júlio César dos
Título em português
Produção de ésteres alquílicos com potencial lubrificante por transesterificação enzimática do óleo de palmiste e álcoois superiores
Palavras-chave em português
Álcoois superiores
Biolubrificante
Óleo fúsel
Processo contínuo
Processo descontínuo
Transesterificação enzimática
Resumo em português
Os biolubrificantes têm incrementado progressivamente a sua importância sobre os lubrificantes derivados do petróleo devido às rigorosas regulamentações governamentais, o esgotamento das reservas de petróleo e especialmente pelo alto impacto e efeito tóxico dos óleos petroquímicos no ambiente. Os ésteres de óleos naturais podem ser usados como biolubrificantes e são obtidos por transesterificação dos triacilgliceróis com álcoois superiores. A transesterificação enzimática de óleos com álcoois metílico e etílico é um processo muito estudado para a produção de biodiesel, porém outros ésteres podem ser obtidos a partir de aceptores de acila de tamanho de cadeias carbônicas maiores, tais como os álcoois butílico e isoamílico ou misturas de diversos álcoois como o subproduto resultante destilação do bioetanol (óleo fúsel). Neste contexto, o presente trabalho de tese teve como objetivo a obtenção de ésteres com potencial lubrificante por transesterificação enzimática de óleo de palmiste com álcoois superiores. Os ensaios foram efetuados em regime descontínuo (reator de tanque agitado) e em regime contínuo (reator de leito empacotado) utilizando como biocatalisadores as lipases de Burkholderia cepacia e Pseudomonas fluorescens imobilizadas em suportes híbridos de SiO2-?CD e SiO2-HEC numa temperatura fixa de 45°C. Foram testados os efeitos da razão molar óleo: álcool etílico, butílico, isoamílico e óleo fúsel simulado (mistura de álcoois) (1:4 a 1:12), tempos de reação em batelada (24h a 72h) e tempos espaciais em fluxo contínuo (4 a 14h) na conversão, produtividade e a qualidade dos ésteres. Os resultados mostraram bom desempenho das lipases e conversões totais foram alcançadas. No entanto, foi possível observar o efeito do tamanho da cadeia do aceptor de acila, no excesso requerido e no tempo de reação, obtendo-se os melhores resultados para o processo descontínuo com razões molares de 1:6 e 72h para álcool etílico, 1:6 e 48h para ésteres butílicos, 1:4 e 48h para álcool isomílico e óleo fúsel simulado. No processo contínuo, o melhor desempenho foi determinado para razões molares de 1:8 e tempo espacial de 10h para etanol, 1:6 e 8h para butanol, 1:4 com 6h e 8h para isoamílico e óleo fúsel simulado, respectivamente. Em termos gerais, produtividades mais elevadas foram atingidas em regime de fluxo contínuo e especificamente com álcool de isoamila e óleo fúsel (111,10 e 130,18 mg de éster.gcatalisador-1.h-1). Com relação à qualidade dos produtos obtidos nas reações que forneceram elevadas conversões foi constatado baixos teores de monoacilgliceróis (<=1%) e ausência de diacilgliceróis. As viscosidades cinemáticas a 40 °C, confirmaram o elevado grau de transesterificação do óleo de palmiste modificando a viscosidade inicial do óleo de 30,13 mm2.s-1 para valores na faixa entre 3 a 6 mm2.s-1. O índice de viscosidade variou entre 114 e 150 e a estabilidade oxidativa (período de indução) entre 22 e 37 min (9 e 20 h, método Rancimat). Os resultados obtidos foram bastante satisfatórios e contribuíram para o estabelecimento de condições reacionais e operacionais para a produção enzimática de ésteres com potencial uso como lubrificantes, tanto em regime descontínuo como contínuo utilizando óleo de palmiste e álcoois e misturas de álcoois superiores.
Título em inglês
Production of alkyl esters with lubricating potential by enzymatic transesterification of palm kernel oil and higher alcohols
Palavras-chave em inglês
Biolubricant
Continuous process
Discontinuous process
Enzymatic Transesterification
Fusel oil
Higher Alcohols
Resumo em inglês
Biolubricants have progressively increased their importance on oil-based lubricants due to stringent government regulations, the depletion of oil reserves and especially the high impact and toxic effect of petrochemical oils on the environment. Natural fatty acid alkyl esters can be used as biolubricants and are obtained by transesterification of triacylglycerols with higher alcohols. The enzymatic transesterification of oils with methyl and ethyl alcohols is a much-studied process for the production of biodiesel. However, other esters may be obtained using higher chain acyl acceptors such as butyl and isoamyl alcohols or mixtures thereof as the fusel oil, resulting from the production of bioethanol. In this context, the present thesis aimed to obtain esters with lubricating potential by enzymatic transesterification of palm kernel oil with higher alcohols. Transesterification runs were performed under batch mode (stirred reactor) and continuous flow (packed bed reactor) using as biocatalysts the lipases from Burkholderia cepacia and Pseudomonas fluorescens immobilized on hybrid matrixes SiO2-?CD and SiO2-HEC at 45 °C. The effects of oil to ethyl, butyl, isoamyl alcohol and synthetic fusel oil (1: 4 to 1:12) molar ratios, batch reaction times (24h to 72h) and special times (4 to 14 h) were tested in the conversion, productivity and quality of final esters. The results showed good lipase performance and 100% bulk conversions were achieved. However, it was possible to observe the effect of the acyl acceptor chain on the required excess and on the reaction time, obtaining the best results for batch process with molar ratios of 1: 6 and 72 h for ethyl alcohol, 1: 6 and 48 h for butyl, 1: 4 and 48 h for isoamyl alcohol and synthetic fusel oil. In general terms, better productivities were obtained under continuous flow, particularly with isoamyl alcohol and fusel oil (111.10 and 130.18 mg of ester.g catalyst-1.h-1). Regarding the product quality, low monoacylglycerol contents (<=1% ) and absence of diacylglycerols were found in products obtained under the best reaction conditions. The kinematic viscosities at 40 °C confirmed the high degree of transesterification of palm kernel oil by modifying its initial viscosity from 30.13 mm2 s -1 to a value in the range of 3 to 6 mm2 s -1, the viscosity index between 114 and 150 and an oxidative stability (induction period) between 22 and 37 min (9 and 20 h, Rancimat method). The results obtained were very satisfactory and contributed to the establishment of reactional and operational conditions for the enzymatic production of esters with potential use as lubricants both in discontinuous and continuous flow mode using palm kernel oil and alcohols and mixtures of higher alcohols.
 
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Data de Publicação
2018-08-07
 
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