Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Reatores Químicos e Transesterificação SUMÁRIO 1. Reatores Químicos e sua importância 2. Tipos de Reatores Químicos 3. Utilização dos reatores químicos 4. Reatores utilizados na obtenção do biodiesel 5. Matérias-primas para o biodiesel 6. Produção de biodiesel no Brasil 7. Atuação do Engenheiro Químico na Indústria de Biodiesel SUMÁRIO 8. Rotas de produção de biodiesel 9. Catálise heterogênea na obtenção de biodiesel Reatores químicos • Geral: recipientes onde ocorrem reações químicas • Indústria: equipamentos projetados para permitir a realização de reações químicas para obtenção de um ou vários produtos Importância dos reatores químicos • Permite a obtenção de produtos de grande importância econômica dentro de condições seguras, eficientes e viáveis economicamente • Ex.: Craqueamento catalítico do petróleo, produção de etanol, produção de tintas, polímeros, indústrias de produtos químicos em geral, produção de bebidas (cerveja. vinhos), tratamento de efluentes domésticos e industriais. Regime de operação dos reatores: Descontínuo ou batelada: não há entrada nem saída de massa (reagentes ou produtos) durante o processo Contínuo: há entrada e saída de massa durante o processo Semicontínuo: há entrada de reagente durante o processo sem retirada de produto, ou então só há retirada de produto durante o processo Formas de operação dos reatores químicos R, t=0 R P Batelada Contínua SemiContínua R; t SemiContínua P; t Principais tipos de Reatores químicos: Batelada Contínuo de tanque agitado – Reator de Mistura Tubular (contínuo) Tubular com leito fixo (contínuo) Leito fluidizado (contínuo) Principais tipos de reatores químicos (a) Batelada (b) Tubular (c) Mistura (d) (d) Tubular de Leito de Fixo (e) Leito Fluidizado C = f(t) C = f(y) y C = cte C = f(y) C = f(y) y y Exemplos de Reatores Químicos Mistura Sistema exaustão em carros Reator biológico de fluxo ascendente Tubular Características gerais dos reatores químicos • Controle de vazão (entrada/saída) • Controle de pressão • Controle de temperatura Associação de reatores contínuos: série ou paralelo Série Paralelo R P P R P R Utilização geral dos reatores químicos • Batelada Reações que necessitam de agitação intensa Obtenção de produtos com elevado valor agregado ou produção sazonal Operações mais difíceis de converter em operações contínuas Bastante usado em reações em fase líquida Vantagens: altas conversões podem ser atingidas (flexibilidade de tempo de contato reagentes) Desvantagem: alto custo de operação, dificuldade de produção em larga escala Ex.: Produção de tintas, defensivos agrícolas, biodiesel, bebidas (fermentação) Utilização geral dos reatores químicos • Contínuo de tanque agitado - mistura Reações que necessitam de agitação intensa Bastante usado em reações em fase líquida Vantagens: distribuição homogênea de T e C no reator, Desvantagens: em geral tem menor conversão por volume de reator entre os reatores contínuos Utilização geral dos reatores químicos • Tubular Muito usado para reações em fase gasosa Usados na forma de tubos longos ou banco de tubos Vantagens: alta conversão por volume de reator entre os reatores contínuos Desvantagens: reações exotérmicas há formação de pontos quentes – difícil controle de temperatura no interior do reator • Tubular de leito fixo Muito usado em reações em fase gasosa Vantagens: mesmas do reator tubular Desvantagens: formação de canais preferenciais no leito de cat Utilização geral dos reatores químicos • Leito fluidizado Muito usado para reações em fase gasosa Vantagens: boa distribuição de temperatura no leito, pode operar com grandes quantidades de alimentação e de sólidos Desvantagens: alto custo do reator e regeneração do catalisador Ex.: Craqueamento catalítico fluidizado de frações do petróleo separadas na destilação Principal tipo de reator químico na produção de biodiesel • Reator Batelada – Tanque agitado em batelada Metanol + KOH Óleo vegetal Biodiesel, glicerina e reagentes Matérias-primas para obtenção do biodiesel • Óleos vegetais, gorduras vegetais, gordura animal e resíduos de ácidos graxos Definição de óleos e gorduras • Substâncias insolúveis em água • De origem animal ou vegetal • Formadas principalmente de produtos de condensação entre glicerol e ácidos graxos: triglicerídeos • Ácidos graxos: 95 % do peso molecular dos produtos Diferenças entre óleos e gorduras Segundo a Resolução n° 270/05 da ANVISA (Agência Nacional de Vigilância Sanitária): - gorduras: triglicerídeos sólidos a 25 °C - óleos: triglicerídeos líquidos a 25 °C Óleos e gorduras vegetais Encontrados nas sementes de diversas plantas; Constituídos principalmente de triglicerídeos (triésteres ou triacilgliceróis) Ésteres formados a partir de ácidos carboxílicos de cadeia longa (ácidos graxos) e glicerol (triálcool) Onde, R1, R2 e R3 são ácidos carboxílicos de cadeia longa Óleos e gorduras vegetais Tabela. Algumas oleaginosas e conteúdos de óleo(1) Oleaginosas Teor de óleo (%) Soja 18-20 Girassol 35-45 Algodão 18-20 Babaçu 60-65 Polpa de palma (dendê) 45-50 Mamona 45-50 Canola 40-45 Seleção dos óleos e gorduras para a produção de biodiesel Alguns fatores que interferem na escolha da matéria-prima: • Composição propriedades físico-químicas • Disponibilidade de variedade desenvolvida da planta para cultivo • Produtividade por área • Disponibilidade do óleo vegetal no mercado • Custo de produção do óleo vegetal e do biodiesel: a matéria-prima pode chegar a 70 % do custo de produção, segundo dados dos EUA(2) Consumo atual de matérias-primas para a produção de biodiesel 80% 15% 5% soja sebo outras oleaginosas Outras oleaginosas: dendê, girassol, mamona. Produção de Biodiesel no Brasil • Produção do Brasil em 2012: 2,7 milhões de m3 (ANP) • Principais estados produtores: Goiás, Mato Grosso, Rio Grande do Sul e São Paulo • Região Centro-oeste e Sul maiores produtoras, depois a região Sudeste Atuação do Engenheiro Químico em uma Indústria de Biodiesel Inicialmente: • Supervisionando o processo de produção • Supervisionando o laboratório de análises químicas: controle de qualidade da matéria-prima e produto final Rotas de Obtenção do BIODIESEL Transesterificação R1 C O OR' C C C H H H H H O O O C C O O R2 R3 R2 C O OR' R3 C O OR' C C C H H H H H OH OH OH R'OH excesso Catalisador C O R1 R’OH: metanol Catalisadores: KOH, NaOH, H2SO4 Esterificação R’OH: metanol Catalisadores: - ácidos: H2SO4 Ácido graxo Alquiléster R C O OH H2OR3 C O OR' R'OH excesso Catalisador 3 Espécie ativa para catálise básica: KOCH3, NaOCH3 • Os triglicerídeos devem estar isentos de ácidos graxos livres (<0,5 %) • Álcalis mais usadoscomo catalisadores: hidróxidos, carbonatos e alcóxidos de sódio e potássio. • 1 NaOH / 100 Óleo / 20 álcool (em massa) • 1 NaOH / 5 Óleo / 25 álcool (em mol) Catálise alcalina: Características das Reações Químicas de Produção Biodiesel Reações químicas reversíveis - excesso de um dos reagentes: álcool – metanol Catalisadores: básicos ou ácidos dependendo do tipo de reação Reações heterogêneas - Sistema heterogêneo – duas fases (metanol e óleo de soja) Para atingir um teor de biodiesel (ésteres) para uso como combustível – reações são realizadas mais de uma vez com a fase contendo o óleo vegetal e ésteres Processo Industrial : 5 % KOH, relação molar Metanol: óleo (5:1) Rendimentos – teor de biodiesel Transesterificação > 95 % - Reciclagem de no min. 3 x para Rend. > 97 % Esterificação > 95 % - Reciclagem de no mín. 5 x para Rend. > 97 % Glicerina: 5 a 10 % (m/mbiodiesel) O R1 OH + OR2O R1 R2 OH catalisador H2O Biodiesel Problemas: água e ácidos graxos levam à formação de emulsões O R1 O- + Na+ O R1 OH + NaOH Processos de produção do BIODIESEL Catálise heterogênea • Facilidade na separação do glicerol: menor formação de emulsões – não tem base no meio • Simplicidade na purificação dos produtos, menos resíduo de catalisador nos produtos • Reutilização dos catalisadores
Compartilhar