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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.97.2011.tde-27082013-102006
Document
Author
Full name
Aline Santiago Simões
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Lorena, 2011
Supervisor
Committee
Castro, Heizir Ferreira de (President)
Furigo Junior, Agenor
Santos, Júlio César dos
Title in Portuguese
Síntese enzimática de biodiesel a partir do óleo de babaçu pela rota etílica em reator de leito fixo: estabelecimento das condições operacionais em meio isento de solvente
Keywords in Portuguese
Etanol
Leito Empacotado
Lipase
Óleo de Babaçu
Transesterificação
Abstract in Portuguese
O presente trabalho teve como objetivo aprimorar a síntese de biodiesel por via enzimática empregando óleo de babaçu pela rota etílica. A motivação do uso do óleo de babaçu é referente ao seu forte potencial para a produção de combustível, tendo em vista que é de baixo custo e abundante em localidades carentes de fontes de energia, o que estimula a realização de pesquisas nesta área, procurando benefícios ambientais, energéticos e econômicos. Para atingir o objetivo proposto, teve-se como proposta a transesterificação do óleo de babaçu com etanol mediada pela enzima lipase em fluxo contínuo empregando reator de leito fixo. A enzima selecionada para condução dos experimentos foi a lipase microbiana de Burkholderia cepacia (lipase PS) imobilizada covalentemente em matriz híbrida sílica-PVA com comprovada eficiência na síntese de biodiesel a partir de diferentes matérias-primas lipídicas. Todos os experimentos foram efetuados na ausência de solventes a 50?C. A parte experimental foi iniciada pelos testes comparativos de desempenho da montagem experimental proposta utilizando a preparação de lipase previamente selecionada e a lipase Novozym® 435 disponível comercialmente na forma imobilizada, de comprovada eficiência para utilização em reatores de leito fixo. Os resultados indicaram que ambas as preparações de lipase são adequadas para catalisar a síntese de biodiesel em regime contínuo, entretanto a grande limitação de operação do reator está relacionada com a elevada composição em ácidos graxos saturados (? 83%) na matéria-prima lipídica, que acarreta entupimentos nas conexões e obstrução do leito. Para contornar as limitações identificadas foi proposto um sistema de aquecimento para manter constante a temperatura na faixa requerida (45-50?C) em todo o aparato experimental. O desempenho do reator (diâmetro interno X altura: 15 mm X 210 mm) foi avaliado para substratos constituídos de óleo de babaçu e etanol em duas razões molares (1:7 e 1:12), definindo os limites de operação em termos de vazão do substrato. Foi quantificado o desempenho do sistema para 4 diferentes vazões volumétricas correspondendo a tempos espaciais entre 7 a 13h e determinadas para cada condição a influência do tempo espacial na concentração de ésteres de etila formados, rendimentos de transesterificação e produtividade. A razão molar entre os materiais de partida interferiu de maneira marcante no alcance de elevadas conversões dos ácidos graxos presentes no óleo de babaçu em seus ésteres de etila correspondentes, sendo o sistema maximizado para substratos contendo maior excesso de etanol (razão molar óleo: etanol de 1:12). Nessas condições, o funcionamento do sistema foi comprovado quantitativamente para tempos espaciais no reator iguais ou superiores a 11h, fornecendo rendimentos de transesterificação médios de 95,00 ? 4,68 % e produtividade de 54,80 ? 2,70 mgéster.gmeio-1.h-1. A lipase PS imobilizada em SiO2-PVA foi estável quanto a suas características morfológicas e catalíticas revelando tempo médio de meia-vida (t1/2) de 40 dias, sendo ainda possível sua reutilização em um novo ensaio. As características globais do desempenho do sistema contínuo proposto tornam atrativo a continuidade dos estudos em escala ampliada de processo, entretanto recomenda-se a utilização de óleos vegetais com menor teor de ácidos graxos saturados.
Title in English
Enzymatic synthesis of biodiesel from babassu oil by ethanolic route in packed bed reactor: establishment of the operational conditions in solvent free medium
Keywords in English
Babassu oil
Ethanol
Lipase
Packed bed reactor
Transesterification
Abstract in English
The purpose of this work was to enhance the enzymatic synthesis of biodiesel from babassu oil by ethanolic route. Babassu oil was chosen as a feedstock due to its potential for fuel production, including low cost and availability in regions where energy sources are needed; stimulating the developing of research projects looking for environmental, energetic and economical benefits. To attain this purpose, the transesterification reaction of babassu oil with ethanol was mediated by the enzyme lipase on packed bed reactor running on continuous mode. The selected enzyme was the microbial lipase from Burkholderia cepacia (lipase PS) covalent immobilized on hybrid matrix silica-PVA (SiO2-PVA) which showed already satisfactory performance in the biodiesel synthesis from different lipidic feedstocks. The experiments were carried out in solvent free system at 50°C. The experimental work was started by performing comparative tests of the proposed experimental assembly, using the previously selected lipase preparation and a commercial available immobilized lipase Novozym® 435, which has consistent high performance to be used on fixed packed reactors. The results indicated that both lipase preparations are able to catalyze the biodiesel synthesis under continuous operation; however limitations were found to maintain stable operation. This was related to the high concentration of saturated fatty acids (83%) present in the feedstock, which blocked the tube connections and led to bed obstruction. To overcome these limitations, a warming system was proposed to ensure constant the temperature at the required range (45-50°C) in the entirely experimental apparatus. The performance of the reactor (inner diameter X height: 15 mm X 210 mm) was evaluated for substrates composed by babassu oil and ethanol in two molar ratios (1:7 e 1:12), determining its operation limits in terms of substrate flow rate. The system performance was quantified for four different flow rates corresponded to spatial times between 7 and 13 h. For each condition, the influence of spatial times in the ethyl esters formation, transesterification yields and productivities were determined. The raw materials molar ratio interfered, in a remarkable way, the conversion of babassu oil into the correspondent ethyl esters and the system was optimized for the substrates containing high excess of ethanol (oil-to-ethanol molar ratio of 1:12). In these conditions, the reactor operation was demonstrated for spatial times higher than 11h, attaining transesterification yields of 95,00 ? 4,60% and productivities of 54,80 ? 2,70 mgesters.gmedium-1.h-1The lipase PS immobilized on SiO2-PVA was found to be stable regarding its morphological and catalytic characteristics, showing half-life time (t1/2) of 40 days. The immobilized enzyme can be also reused in a new run and the presence of substrate containing high ethanol levels did not affected the lipase stability. The performance characteristics of the proposed continuous system made attractive to develop further studies aiming at scaling up the process, however it is recommended to use vegetable oils having lower saturated fatty acids levels.
 
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EQD11005.pdf (1.69 Mbytes)
Publishing Date
2013-08-27
 
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  • SIMÕES, A.S, et al. Performance of hybrid matrix silica-chitosan to immobilize microbial lipase from Candida rugosa [doi:10.1590/S0100-40422011000100007]. Química Nova [online], 2011, vol. 34, p. 33-38.
  • SIMÕES, A.S, et al. Produção de biodiesel a partir do óleo de babaçu pela rota etílica em reator de leito fixo utilizando Novozym 435. In XVIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química, Foz de Iguaçu-PR, 2010. Anais do Congresso Brasileiro de Engenharia Química.Campinas -SP : UNICAMP, 2010.
  • CASTRO, M.B.A, et al. Síntese de monoglicerídeos via glicerólise do óleo de babaçu catalisada pela lipase de Pseudomonas cepacia sob irradiação de micro-ondas. In IX SIMPÓSIO DE HIDRÓLISE ENZIMÁTICA DE BIOMASSAS, Maringá, 2009. Programaçaõe Resumos do IX SHEB., 2009. Resumo.
  • DORS, G., et al. Etanólise contínua do óleo de palma em reator de leito fixo catalisada pela lipase de Pseudomonas fluorensces imobilizada em sílica-PVA. In XVIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química, Foz de Iguaçu-PR, 2010. Anais do Congresso Brasileiro de Engenharia Química.Campinas -SP : UNICAMP, 2010.
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