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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.74.2023.tde-07072023-111051
Documento
Autor
Nombre completo
Paola de Cássia Franco Visioli
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Pirassununga, 2023
Director
Tribunal
Rodrigues, Christianne Elisabete da Costa (Presidente)
Basso, Rodrigo Corrêa
Batista, Fabio Rodolfo Miguel
Título en portugués
Solubilidade e propriedades físicas de misturas ternárias compostas por óleo de soja, etanol e álcoois superiores
Palabras clave en portugués
Álcool isoamílico
Curva binodal
n-Butanol
Óleos vegetais
Viscosidade
Resumen en portugués
Misturas de óleo de soja e etanol são de interesse para diversos segmentos, tais como, adição da mistura em diesel, produção de biodiesel etílico de óleo de soja e extração de óleos vegetais com solvente renovável em substituição a hexana, solvente derivado do petróleo utilizado industrialmente. No entanto, a solubilidade entre os componentes desta mistura é limitada, o que pode dificultar as potenciais aplicações. Sendo assim, a utilização de cossolventes junto ao etanol pode favorecer a solubilidade do óleo de soja, viabilizando a utilização dessa mistura para ambos os segmentos mencionados. Diante disso, a presente dissertação de mestrado teve como objetivo avaliar a solubilidade de misturas compostas por óleo de soja e etanol absoluto com adição de cossolventes, n-butanol e álcool isoamílico, álcoois superiores presentes no óleo fúsel, um coproduto da produção de etanol. Para isso, realizou-se um estudo da solubilidade entre os componentes dos sistemas através da metodologia de Hansen. Em adição, a região de separação de fases de sistemas ternários compostos por óleo de soja + etanol absoluto + cossolvente (n-butanol ou álcool isoamílico) foi delimitada através da determinação de curvas binodais utilizando o método de Ponto de Névoa, nas temperaturas de 25, 40 e 55 °C. Além disso, foram determinadas as propriedades físicas das misturas ternárias, dados necessários para proposição de utilização destes insumos renováveis. Densidade (ρ, kg·m-3) e viscosidade dinâmica (η, mPa·s) foram determinadas experimentalmente para as misturas binárias (etanol + n-butanol e etanol + álcool isoamílico, nas temperaturas de 20 a 70 °C) e ternárias (óleo de soja + etanol + n-butanol e óleo de soja + etanol + álcool isoamílico, a 25, 40 e 55 °C). Realizou-se a descrição matemática dos dados experimentais de ρ e η através de modelos empíricos sendo que, em relação aos solventes mistos, os melhores resultados foram obtidos pelas Regra de Mistura Simples e pelo modelo de Grunberg-Nissan, com desvios relativos médios de 0 a 0,31 % para ρ e de 0,21 a 5 % para η, respectivamente. O modelo que melhor descreveu o comportamento de ambas as propriedades físicas para os sistemas ternários foi o de Jouyban-Acree, o qual apresentou desvios de 0,02 a 4,51 % para ρ e de 0,85 a 7,14 % para η. Em relação as curvas de solubilidade, foi possível observar que ambos os cossolventes propostos apresentaram desempenho similar na faixa de temperatura avaliada, possibilitando a redução da região de imiscibilidade.
Título en inglés
Solubility and physical properties of ternary mixtures composed of soybean oil, ethanol, and higher alcohols
Palabras clave en inglés
Binodal curve
Isoamyl alcohol
n-Butanol
Vegetable oils
Viscosity
Resumen en inglés
Mixtures of soybean oil and ethanol are of interest to several segments, such as the addition of the mix in diesel, the production of ethylic biodiesel from soybean oil, and the extraction of vegetable oils with renewable solvent in place of hexane, the solvent derived from petroleum that is industrially used. However, the solubility between the components of this mixture is limited, which may hinder the possible applications. Therefore, using higher alcohols as ethanol cosolvents may favor soybean oil's solubility, enabling this mixture for both segments. Thus, this masters dissertation aimed to evaluate the solubility of mixtures composed of soybean oil and absolute ethanol with the addition of cosolvents, n-butanol, and isoamyl alcohol, higher alcohols present in fusel oil, a coproduct of the production of ethanol. For this, a study of the solubility between the components of the systems was carried out using the Hansen methodology. In addition, the Cloud Point method was used to determine the phase separation regions of the ternary systems composed of soybean oil + absolute ethanol + cosolvent (n-butanol or isoamyl alcohol) at temperatures of 25, 40, and 55 °C. The physical properties of the ternary mixtures were also determined, necessary to propose using these renewable materials. Density (ρ, kg·m-3) and dynamic viscosity (η, MPa·s) were experimentally determined for the binary mixtures (ethanol + n-butanol and ethanol + isoamyl alcohol at temperatures of 20 to 70 °C), and ternary systems (soybean oil + ethanol + n-butanol and soybean oil + ethanol + isoamyl alcohol, at 25, 40 and 55 °C). The mathematical description of the ρ and η experimental data was carried out through empirical models. Regarding the mixed solvents, the best results were obtained by the Simple Mixing Rule and the Grunberg-Nissan model, with mean relative deviations of 0 to 0.31% for ρ and from 0.21 to 5% for η, respectively. The model best described the behavior of both physical properties of the ternary systems was the Jouyban-Acree model, which showed deviations of 0.02 to 4.51% for ρ and 0.85 to 7.14% for η. Regarding the solubility curves, it was possible to observe that both proposed cosolvents presented a similar performance in the evaluated temperature range, allowing the reduction of the immiscibility region.
 
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Fecha de Publicación
2023-07-07
 
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