Relatorio_Cinetica_Grupo_2

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EQE-598: Laboratório de Engenharia Química
Cinética e Catálise
Biodiesel
Prof.: Donato Aranda
Grupo 2:
		João Pedro Belmonte;
		Karina Rodrigues;
		Lorena Morine;
		Rafael Constantino;
		Renan Saud.
4) Materiais
· 1 Pipeta de 10,0 mL
· 1 Pêra
· 1 Espátula
· 1 Proveta de 100,0 mL
· 1 Bastão de vidro
· 1 Bécher de 250 mL 
· 8 Bécheres de 100 mL
· 8 Frascos de vidro de 20 mL com tampa
· 1 Placa de aquecimento e agitação magnética
· 1 Barra magnética (peixinho)
· Funil de decantação
· Cronômetro
· Balança
5) Procedimento Experimental
Iniciou-se o experimento com a pesagem de 100g de óleo de soja refinado em um bécher de 250,0 mL e 0,70g de hidróxido de potássio e 40g de metanol, em béchers de 100 ml.
Deu-se continuidade ao experimento com o preparo da solução metanólica de hidróxido de potássio, através da dissolução deste hidróxido em metanol, sob agitação magnética, até total solubilização da base. Verteu-se esta solução sobre o óleo de soja, ainda sob agitação magnética constante, tendo sido dada a partida da cronometragem do tempo de reação no instante do primeiro contato da solução contendo o catalisador (KOH) com o óleo de soja. A mistura foi mantida sob agitação constante ao longo de todo o experimento.
 Ao longo da ocorrência da reação recolheu-se alíquotas de 10 ml de mistura reacional nos tempos de 5, 10, 15, 20, 25, 30, 45 e 60 minutos. Estas alíquotas, após recolhidas, foram imediatamente transferidas para frascos de vidro com tampa, contendo 0,3 mL de solução de ácido clorídrico 37%, visando a neutralização do catalisador e interrupção da reação catalítica.
Observou-se que a alíquota recolhida separava-se em duas fases distintas após interrupção da reação e da agitação. Sendo assim, transferiu-se estas alíquotas para um funil de decantação, ao qual adicionou-se cerca de 10 mL de água destilada com leve agitação, evitando a formação de emulsões. Aguardou-se a separação de fases, realizando-se o descarte da fase inferior e a coleta da fase superior.
Quanto à composição destas fases tem-se que a fase superior é composta por uma mistura de ésteres metílicos e sua turbidez se relaciona a presença de álcool metílico em excesso e a impurezas residuais, enquanto que a fase inferior, mais densa, é formada por glicerina bruta (subproduto da síntese de biodiesel), metanol residual, água, e impurezas presentes na matéria prima. Encontram-se resíduos de metanol nas fases, pois este é usado em excesso para promover o deslocamento do equilíbrio da reação no sentido da produção do biodiesel.
A fase superior coletada passa por uma purificação através de aquecimento em placa por 5 minutos a 280ºC visando à evaporação do álcool e da água residuais. Finalizado o aquecimento, as soluções finais de cada uma das 8 alíquotas foram estocadas em frascos de vidro com tampa e guardadas para a análise.
6) Cálculos
6.1) Cálculo da quantidade de HCl necessária para neutralizar o KOH:
Dados necessários para o cálculo:
	Substância
	Massa (g)
	Massa molar (g/gmol)
	Densidade
(g/cm3)
	Óleo de soja
	100
	-
	0,92 *
	KOH (hidróxido de potássio)
	35
	56,1
	2,044**
	Metanol
	0,75
	-
	0,7914**
	Ácido clorídrico (HCl)
	-
	36,5
	1,19
A neutralização do hidróxido de potássio (KOH) pode ser representada pela seguinte reação:
KOH(aq) + HCl(aq) KCl (aq) + H2O
	Para obter o volume de ácido clorídrico necessário para a neutralização total da base deve-se, primeiro, determinar o número de mols de base presente em cada alíquota de 10,0 mL coletada durante o processamento da reação, sendo assim tem-se:
A) Cálculo do volume total do sistema
Volume total do sistema
Vtotal =Vóleo + Vmetanol + VkOH
Vóleo = 100g / 0,92g/cm3 = 108,7 mL
Vmetanol = 40g /0,791g/cm3 =50,6 mL
VKOH= 0,70g / 2,044 = 0,342mL
Logo: Vtotal = 108,7+50,6+0,3 = 159,6 ml
B) Cálculo da massa de hidróxido de potássio na alíquota	
Uma vez que a solução metanólica de hidróxido de potássio foi submetida à agitação magnética até total solubilização da base, assume-se que o meio está completamente homogêneo, de modo que a massa de hidróxido contida em cada alíquota pode ser calculada da seguinte forma:
=
Logo:
Massa de KOH alíquota = 
C) Cálculo do volume de HCl necessário para neutralização da base
Sendo a estequiometria da reação de neutralização 1:1 do ácido em relação à base, tem-se que para a neutralização é necessária a igualdade do número de mols de cada uma destas substâncias.
D) Cálculo do número de mols de KOH
nKOH= mKOH / PMKOH =0,044 / 56,1 = 7,843.10-4 mols
E) Cálculo do volume de ácido (HCl) necessário para neutralização
nHCl= nKOH = 7,843.10-4 mols
mHCL = nHCl * PMHCl = 0,0286g
Considerando a pureza do ácido clorídrico utilizado na prática (32% m/m)
mHCl = 100*0,0286/32 = 0,0895
Com a densidade do ácido pode-se calcular o volume equivalente
VHCl = mHCl / ρHCl = 0,0895 g / 1,19g/mL = 0,075 mL de HCl
Entretanto, de modo a garantir a neutralização, utilizou-se um volume de ácido cerca de 3 vezes superior ao volume calculado, este de 0,30 ml.
6.1) Cálculo da concentração inicial de óleo de soja CA0
5
	
7) Determinação da conversão de triglicerídeo (XA)
Para a determinação da produção de triglicerídeo foi realizada de modo indireto através da quantificação do glicerol produzido, um dos produtos da reação. Esta quantificação foi realizada pelos técnicos do LADEQ utilizando para isso a espectrofotometria com comprimento de onda de 500 nm. Nesta técnica elabora-se uma curva de calibração com padrões contendo glicerol em concentrações conhecidas de modo a estabelecer uma equação que correlaciona a absorbância da amostra com a sua concentração. Preparada a curva de calibração, deu-se prosseguimento à análise através da leitura das absorbâncias das amostras coletadas nos diferentes tempos reacionais de modo a tornar possível a determinação da concentração de glicerol nas alíquotas, logo, a conversão do óleo vegetal em biodiesel em cada instante.
Seguem os dados obtidos:
 
	Tempo (min)
	Abs 500nm
	Glicerol (ppm)
	Glicerol total (ppm)
	Glicerol Total (%)
	Responsável
	5
	0,612
	565,3
	56527,3
	5,65
	Grupo 2
	10
	0,521
	482,5
	48254,5
	4,83
	
	15
	0,468
	434,4
	43436,4
	4,34
	
	20
	0,457
	424,4
	42436,4
	4,24
	
	25
	0,394
	367,1
	36709,1
	3,67
	
	30
	0,301
	282,5
	28254,5
	2,83
	
	45
	0,258
	243,5
	24345,5
	2,43
	
	60
	0,248
	234,4
	23436,4
	2,34
	
Tabela 1: Concentração de glicerina obtida através dos métodos espectroscópicos.
	Glicerol Total (%)
	Conversão
	Conversão (%)
	Tempo (min)
	5,65
	0,46165
	46,16
	5
	4,83
	0,54043
	54,04
	10
	4,34
	0,58632
	58,63
	15
	4,24
	0,59584
	59,58
	20
	3,67
	0,65039
	65,04
	25
	2,83
	0,73091
	73,09
	30
	2,43
	0,76814
	76,81
	45 
	2,34
	0,7768
	77,68
	60
Tabela 2: Valores de conversão obtidos em cada tempo, para cada concentração de glicerol.
A partir da análise dos dados, pode-se perceber que ao longo da reação ocorre o declínio da concentração de glicerol nas alíquotas, o que condiz com o esperado uma vez que a medida que a reação se processo, há consumo dos reagentes, e queda na concentração de produto nas alíquotas. A apresentação dos pontos obtidos através de um gráfico de barras (Gráfico 1) permite a visualização do perfil de produção de glicerol com o tempo.
Gráfico 1: Perfil da porcentagem de glicerina total na mistura em relação ao tempo.
Gráfico 2: Perfil da porcentagem de glicerina total na mistura em relação ao tempo
	Avaliando o Gráfico 2 que correlaciona a taxa de produção de glicerol com o tempo tem-se que há aumento da conversão ao longo do tempo com queda da taxa de reação a medida que nos aproximamos do térmico desta. Nota-se também uma pequena alteração da taxa no tempo de 20 minutos que pode estar relacionada a desvios experimentais, uma vez que um dos problemas que enfrentamos na prática foi a instabilidade da agitação devido ao mau funcionamento da placa neste instante.
7.1) Usando o Método Integral
	Através deste método objetiva-se definir qual ordem de reação melhor descreve os resultados obtidos, para isso serão utilizados os dados experimentais obtidospara a elaboração de gráficos referentes à reações de ordem zero, primeira ordem e segunda ordem. Sendo as funções representadas lineares, como descrito anteriormente, será definida como ordem da reação, aquela cujo modelo apresentar o melhor coeficiente de correlação (r2).
7.1.1- Ordem Zero
	Para ordem zero, tem-se a equação:
Gráfico 2: Linha de tendência para ordem zero.
 	Onde tem-se Xa no eixo y e tempo no eixo x. A relação entre a conversão e o tempo de reação pode ser interpretada como uma equação de primeiro grau com coeficiente angular dado por: .
7.1.2- Primeira Ordem
	Para reações de ordem um, tem-se
Onde o eixo 
Gráfico 4: Linha de tendência para ordem 1
	Segunda Ordem
	Tem-se, para reações de segunda ordem, a seguinte expressão:
Gráfico 5: Linha de tendência para ordem 2
	
8. Conclusão
9. Bibliografia
(1) Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422007000800037
(2) CRC Handbook of Chemistry and Physics, Internet Version 2005, David R. Lide, ed., , CRC Press, Boca Raton, FL, 2005.
Conversão X tempo
Tempo (minutos)	5	10	15	20	25	30	45	60	46.16	54.04	58.63	59.58	65.040000000000006	73.09	76.81	77.680000000000007	Tempo (minutos)
Conversão (%)
Primeira ordem
Segunda ordem	5	10	15	20	25	30	45	60	0.61924637272041105	0.77746400928942261	0.88266255089417089	0.90594443982001083	1.0509370314908537	1.3127093828464862	1.4616215377398816	1.4996870484749814	Tempo (minutos)
-ln(1-Xa)
3
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image3.wmf
t
C
k
X
A
A
0
=
oleObject1.bin
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0
A
C
k
oleObject2.bin
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00408
,
0
7162
,
0
0057
,
0
0057
,
0
0
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*
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\
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C
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