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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2022.tde-19052022-085222
Document
Author
Full name
João Paulo Regliski Vieira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Baltazar, Marcela dos Passos Galluzzi (President)
Baptista, Antonio Sampaio
Muniz, Ana Rosa Costa
Title in Portuguese
Uso do DDGS obtido da produção de etanol de milho na síntese de biodiesel metílico por catálise básica.
Keywords in Portuguese
Biocombustíveis
FAME
Óleo de milho
Abstract in Portuguese
Da produção de etanol de milho via moagem seca é gerado um coproduto chamado Grãos Secos de Destilaria com Solúveis, DDGS. Esse coproduto é destinado à ração animal, devido ao elevado teor proteico e fibroso. Contudo, o DDGS possui teor de lipídios entre 7-12%, admissível para a extração com solvente do óleo de milho seguida da produção de biodiesel. O objetivo deste trabalho é produzir biodiesel de milho através da extração do óleo de DDGS. Além disso, visando aumentar a eficiência do processo e torná-lo escalonável, estudou-se os parâmetros de extração do óleo e foi feita uma simulação do processo no software UniSim® Design. Da simulação, obtevese uma corrente final em FAME de 94,84%. O grão de DDGS foi caracterizado através do teor de umidade, cinzas, lipídios, fibra em detergente neutro e ácido, proteína total, além do ensaio granulométrico. As análises de extração foram feitas variando o solvente, a razão soluto/solvente, tempo e temperatura de extração. Os ensaios de extração foram realizadas em uma incubadora shaker. O óleo foi caracterizado através do índice de acidez, densidade, índice de iodo, índice de saponificação, viscosidade e umidade. O biodiesel produzido foi identificado e quantificado através do GC-MS, FTIR e de análise termogravimétrica, e sua qualidade, quantificada pelo índice de acidez, densidade e viscosidade. Foram estudadas diferentes rotas econômicas de destino para o DDGS, visando aumentar o valor agregado do processo. Ademais, foi examinada a possibilidade de quantificar o FAME por diferentes métodologias, sem o uso do GC-MS. Obteve-se um grão com baixo teor de lipídios (7,2%) e com Ds de 709 microns. Devido ao baixo teor de lipídios, fez-se as extrações a frio que proporcionaram maior rendimento ao processo. Foi visto que o hexano como solvente proporcionou maior teor de lipídios quando comparado ao etanol. Nas condições ótimas estudadas (tamanho do grão de 375 microns, razão soluto/solvente de 1/6, tempo de extração de 4 horas e temperatura de 60 °C, o hexano proporcionou um teor de óleo bruto de 7,2%, 56,5% maior quando comparado ao etanol. Foi obtido biodiesel metílico por transesterificação alcalina após duas reações de esterificação em sequência, para reduzir o índice de acidez do óleo vegetal abaixo de 1mgKOH/g. Os principais ésteres metílicos encontrados no FAME foram ácido palmítico (C16:0), esteárico (C18:0), oleico (C18:1) e linolêico (C18:2). O FAME produzido atendeu aos requisitos para ser comercializado segundo a ANP quanto a viscosidade, densidade, I.A. e teor de ésteres. Quanto a análise econômica, foi visto que dentre as rotas empregadas no trabalho, o uso do DDGS para ração animal continua sendo o melhor destino para o grão. Por fim, foram desenvolvidas duas metodologias para quantificação do FAME utilizando curvas de calibração no FTIR e na TG. Após ajuste linear, foi obtido um coeficiente de correlação de 0,999 e 0,992, respectivamente.
Title in English
Use of DDGS obtained from corn ethanol production in the synthesis of methyl biodiesel by basic catalysis.
Keywords in English
Acid value
Biofuels
Corn oil
Extraction
FAME
UniSim design
Abstract in English
From the production of ethanol by corn dry milling, a coproduct called Dried Distillers Grains with Solubles, DDGS is generated. This coproduct is destined for animal feed, due to its high content and fiber content. However, DDGS has a lipid content between 7-12%, admissible for solvent extraction of corn oil followed by biodiesel production. The objective of this work is to produce corn biodiesel through the extraction of DDGS oil. Furthermore, to increase the efficiency of the process and make it scalable, the oil extraction parameters were studied and the process was simulated in UniSim® Designer software. From the simulation, a final current in FAME of 94.84% was obtained. The DDGS grain was characterized through the moisture content, ash, lipids, neutral and acid detergent fiber, total protein, in addition to the granulometric assay. Extraction analyzes were performed varying the solvent, solute/solvent ratio, extraction time and temperature. Extraction analyzes were performed in a shaker incubator. The oil was characterized through acid value, density, iodine value, saponification value, viscosity and moisture content. The biodiesel produced was identified and quantified through GC-MS, FTIR and thermogravimetric analysis, and its quality was quantified by the acid value, density and viscosity. Different economic routes of destination for the DDGS were studied, aiming to increase the added value of the process. Furthermore, the possibility of quantifying FAME using different methods without using the GC-MS was examined. A grain with low lipid content (7.2%) and with Ds of 709 microns was obtained. Due to the low lipid content, cold extractions were carried out, which provided more productivity to the process. It was seen that hexane as a solvent provided higher lipid content when compared to ethanol. Under the optimal conditions studied (grain size of 375 microns, solute/solvent ratio of 1/6, extraction time of 4 hours and temperature of 60 °C, hexane provided a crude oil content of 7.2%, 56,5% higher than ethanol. Methyl biodiesel was obtained by alkaline transesterification after two successive esterification reactions in sequence to reduce the acid value of vegetable oil below 1mgKOH/g. The methyl esters found in FAME were palmitic acid (C16: 0), stearic acid (C18: 0), oleic acid (C18: 1) and linoleic acid (C18: 2). The FAME produced meet the requirements to be marketed according to ANP regarding viscosity, density, acid value and ester content. It was seen that among the routes used in the work, the use of DDGS for animal feed remains the best destination for the grain. Finally, two methodologies were developed to quantify FAME using calibration curves in FTIR and TG. After linear adjustment, a correlation coefficient of 0.999 and 0.992, respectively, was obtained.
 
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Publishing Date
2022-05-19
 
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