Dissertacao Lourival Jose dos Santos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 
 
 
 
LOURIVAL JOSÉ DOS SANTOS 
 
 
 
 
 
 
 
PRODUÇÃO CONTÍNUA DE BIODIESEL UTILIZANDO COLUNA DE DESTILAÇÃO 
REATIVA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2012
 
 
 
 
LOURIVAL JOSÉ DOS SANTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRODUÇÃO CONTÍNUA DE BIODIESEL UTILIZANDO COLUNA DE DESTILAÇÃO 
REATIVA 
 
 
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Química, Setor de 
Tecnologia da Universidade Federal do Paraná, 
como requisito parcial à obtenção do título de 
Mestre em Engenharia Química. 
 
Orientador: Prof. Dr. Luiz Fernando de Lima Luz 
Junior 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2012
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho a minha família, 
Aos meus pais, José e Maria, 
A minha esposa Solange. 
 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 
 Agradeço a todos aqueles que, direta ou indiretamente, colaboraram na 
elaboração desse trabalho e, em particular: 
A Deus, por todas as oportunidades e bênçãos da minha vida, dentre essas, por ter 
permitido a mim a conclusão desta missão. 
Ao Prof. Dr. Luiz Fernando de Lima Luz Junior, pela orientação, incentivo e apoio no 
desenvolvimento deste trabalho e por sua infinita paciência e amizade. 
A todos os professores que passaram pela minha caminhada, em especial ao 
professor Emerson Valt no projeto da coluna reativa, como parte da tese de 
doutorado e o professor Marcos Lucio Corazza, pela ajuda e sugestões. 
Aos professores Luiz Pereira Ramos e Papa Matar Ndiaye pelos recursos 
financeiros, pois sem esses os equipamentos não estariam disponíveis para a 
realização do trabalho. 
Ao PRH–24 (de Recursos Humanos da ANP) e ao pró-engenharias de CAPES, 
pelos recursos disponibilizados para a pesquisa. 
Ao Programa de Pós-graduação da Engenharia Química da Universidade Federal do 
Paraná 
À Universidade Federal do Paraná, a todos os professores do Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Química, pela oportunidade de realizar este trabalho. 
Ao Laboratório de Análises de Combustíveis Automotivos, pela infra-estrutura 
oferecida nas análises do biodiesel para o desenvolvimento deste trabalho. 
Aos amigos de pós-graduação, pelo incentivo e, principalmente, Alexandre Almeida 
e Odilon Araújo, pela convivência com vocês nestes anos de trabalho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
Neste trabalho é apresentada uma alternativa para a produção contínua de 
biodiesel, utilizando uma coluna de destilação reativa. Com exceção da energia 
hidroelétrica e nuclear, o petróleo, o carvão e o gás natural são responsáveis pelo 
fornecimento da maior parte da energia consumida no mundo. Essas fontes 
energéticas apresentam relativa escassez e ainda existe a possibilidade do 
esgotamento dessas no futuro próximo. Além desses aspectos, o crescimento 
populacional e os avanços tecnológicos provocam uma elevação na demanda de 
energia, o que evidencia a importância da busca por fontes energéticas alternativas. 
O objetivo principal foi avaliar as características hidrodinâmicas e de operação de 
uma coluna de destilação para promover a reação e a separação dos componentes 
presentes, minimizando procedimentos operacionais. O processo proposto avaliou a 
transesterificação do trialcilglicerol (óleo de soja clarificado) com etanol anidro. 
Ambas as matérias primas são disponíveis no Estado do Paraná, isso é de suma 
importância, pois o biodiesel e seus insumos devem estar diretamente ligados aos 
interesses regionais. Foi montada uma coluna de destilação reativa composta de 
refervedor, condensador de topo, tambor de refluxo, com vários pontos de medida 
de temperatura, alimentação e retirada de produtos, possibilitando diferentes formas 
de operação da coluna. Foram realizados experimentos para a determinação de 
acúmulos (hold-up) na coluna com recheio randômico (tipo Raschig) e também 
ensaios para determinação de tempo de residência (DTR). A Reação do biodiesel foi 
realizado com 6 (seis) litros de etanol no refervedor e 4 (quatro) litros de etanol no 
tanque de refluxo, em seguida o etanol no refervedor foi aquecido e mantido a 
temperatura constante a 78 °C. Essa operação ocorreu a refluxo total. As condições 
de operação foram 690 mm Hg e 78ºC no topo da coluna e vazão de etanol de 
refluxo variando de 44 a 68 mL/min. Alimentação de óleo de soja clarificado, e a 
solução de etanol variando 0,5 a 0,75% em massa de catalisador (NaOH), foram 
alimentados no topo da coluna por bombas peristálticas. Foram realizados vários 
testes de produção de biodiesel na coluna, mantendo o mesmo processo inicial de 
partida, mas alterando a retirada de produtos. Um dos testes realizados foi 
importante para determinar que a maior parte da reação estava ocorrendo na 
coluna, e não no refervedor. Os melhores resultados ocorreram com alimentação de 
etanol em excesso de 22% em volume, com 0,75% de catalisador (NaOH) em 
relação à massa de óleo. A conversão de óleo obtida foi 95% em teor de ésteres, 
obtida via análise cromatográfica. Neste trabalho demonstrou-se que a coluna de 
destilação reativa é uma alternativa viável tecnicamente para a produção contínua 
de biodiesel. 
 
 
Palavras-chave: Biodiesel. Destilação reativa. Distribuição do tempo de residência. 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
This work has discussed an alternative to the continuous production of biodiesel 
using a reactive distillation column. Oil, coal and natural gas are responsible for 
providing most of the energy consumed in the world with the exception of 
hydroelectric and nuclear power. These energy sources have relatively short and it is 
a great possibility of depletion of these fuels in the near future. Besides these 
aspects, population growth and technological advances lead to an increase in energy 
demand, which highlights the importance of searching of alternative energy sources. 
The main objective was to evaluate the hydrodynamic characteristics and operation 
of a reactive distillation equipment to promote the reaction and separation of the 
components present and minimize operating procedures. The proposed process 
evaluates the transesterification of a trialcilglicerol (clarified soybean oil) with 
anhydrous ethanol. Both raw materials are available in the State of Parana, it is 
extremely important because the biodiesel and its inputs should be directly linked to 
regional interests. The equipment is a reactive distillation column comprising reboiler, 
top condenser , a reflux drum, and multi-point temperature measurement, inlet and 
outlet of products, enabling different modes of operation of the column. The 
experiments were performed to determine the hold-ups in the column with random 
packing (Raschig rings) and the distributed of residence time (DTR). Reaction of 
biodiesel was performed with six (6) liters of ethanol in the reboiler and four (4) liters 
of ethanol in the tank reflux, then the ethanol in the reboiler was heated and 
maintained the temperature constant at 78°C. This transaction occurred at total 
reflux. The operating conditions were 690 mm Hg and 78°C at the top of the column 
and a reflux flow ethanol ranging from 44 to 68 ml/min . Feeding clarified soybean oil, 
and ethanol solution ranging 0.5 to 0.75% by weight of catalyst ( NaOH) were fed into 
the top of the column, while maintaining the same initial process of starting, but 
changing the product recall 
One of the tests conducted it was important to determine that most of the reaction 
was occurring on the column, thereboiler and no. 
The best results occurring with ethanol feed in excess of 22% by volume with 0.75% 
catalyst (NaOH) on the mass of oil. The conversion of the oil obtained was 95% in 
esters contain by chromatographic analysis. In this study, it was demonstrated that 
the reactive distillation column is a potential alternative for the continuous production 
of biodiesel. 
 
 
Keywords: Riodiesel. Reactive distillation. Residence time distribution. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
 
FIGURA 1- MATRIZ ENERGÉTICA GERAL DO BRASIL ..................................... 21 
FIGURA 2 - CRONOGRAMA OFICIAL DO PROGRAMA 
 BRASILEIRO DE BIODIESEL ............................................................ 22 
FIGURA 3 - EVOLUÇÃO ANUAL DA PRODUÇÃO DE 
 BIODIESEL NO BRASIL .................................................................... 26 
FIGURA 4 - (A) PUBLICAÇÃO DE ARTIGOS E, (B) REGISTRO DE 
 PATENTES RELACIONADOS AO BIODIESEL NO 
 BRASIL E NO MUNDO ...................................................................... 27 
FIGURA 5 - MATÉRIAS-PRIMAS UTILIZADAS PARA PRODUÇÃO 
 DE BIODIESEL. .................................................................................. 29 
FIGURA 6 - VARIAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA AO LONGO DO TEMPO ............. 29 
FIGURA 7 - OLEAGINOSAS NO BRASIL ............................................................. 31 
FIGURA 8 - REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO. ........................................... 32 
FIGURA 9 - FLUXOGRAMA GERAL DE PRODUÇÃO 
 DE BIODIESEL POR TRANSESTERIFICAÇÃO COM 
 CATÁLISE HOMOGÊNEA ALCALINA ............................................... 34 
FIGURA 10 - MECANISMO BÁSICO DA REAÇÃO DE ESTERIFICAÇÃO ............ 36 
FIGURA 11 - DIVISÃO DE UMA COLUNA DE DESTILAÇÃO 
 REATIVA EM TRÊS SECÇÕES. ........................................................ 39 
FIGURA 12 - FLUXOGRAMA DA UNIDADE PILOTO. ........................................... 47 
FIGURA 13 - REFERVEDOR DA UNIDADE PILOTO ............................................. 48 
FIGURA 14 - COLUNA DE RECHEIO COM ANÉIS DE RASCHIG DE VIDRO ...... 49 
FIGURA 15 - CONVERSOR DE SINAIS ................................................................. 50 
FIGURA 16 - UNIDADE PILOTO PARA A PRODUÇÃO DE BIODIESEL. .............. 51 
FIGURA 17 - TRANSESTERIFICAÇÃO DE TRIGLICERÍDEOS, ONDE R1, 
..................R2 E R3 REPRESENTAM AS CADEIAS CARBÔNICAS DOS.........53 
FIGURA 18 - CROMATÓGRAFO A GÁS COM INJETOR AUTOMÁTICO. ............ 54 
FIGURA 19 - TESTE DE HOLD-UP DA COLUNA REATIVA .................................. 56 
 
 
 
 
FIGURA 20 - VÁRIOS MÉTODOS DE PERTURBAÇÃO UTILIZADOS PARA 
..................DETERMINAÇÃO DA DTR DE UM REATOR QUÍMICO. ................. 57 
FIGURA 21 - RESPOSTA PULSO PARA DETERMINAÇÃO DA DTR DE UM 
..................REATOR. .......................................................................................... 59 
FIGURA 22 - RESPOSTA A UMA PERTURBAÇÃO TIPO DEGRAU PARA 
..................DETERMINAÇÃO DA DTR DE UM REATOR. .................................. 61 
FIGURA 23 - BOMBAS PERISTÁLTICAS PARA ALIMENTAÇÃO DO ÓLEO 
 DE SOJA CLARIFICADO E SOLUÇÃO DE CATALISADOR. ........... 67 
FIGURA 24 - PRIMEIRO RESULTADO DO BIODIESEL ........................................ 68 
FIGURA 25 - PERFIL DE TEMPERATURA AO LONGO DA COLUNA .................. 69 
FIGURA 26 - PERFIL DE TEMPERATURA AO LONGO DA COLUNA 
..................MONITORADO PELO SISTEMA DE AQUISIÇÃO. ........................... 70 
FIGURA 27 - CROMATOGRAMA BIODIESEL – TESTE 2 ..................................... 71 
FIGURA 28 - VARIAÇÃO DA DENSIDADE COM O TEMPO DE OPERAÇÃO.......73 
FIGURA 29 - VARIAÇÃO DA DENSIDADE E DOS RESULTADOS DE 
.......................CROMATOGRAFIA COM O TEMPO DE OPERAÇÃO......................73 
FIGURA 30 - DENSIDADES NO REFERVEDOR E NA COLUNA AO 
.........................LONGO DO TEMPO DE OPERAÇÃO..............................................75 
FIGURA 31 - RESULTADOS DE DENSIDADE E DE CROMATOGRAFIA – 
 TESTE4..............................................................................................75 
FIGURA 32 - RESULTADO DA CROMATOGRAFIA – TESTE 5............................77 
FIGURA 33 - DADOS DO TESTE DE DISTRIBUIÇÃO DO TEMPO DE 
.......................RESIDÊNCIA.......................................................................................78 
FIGURA 34 - FUNÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO DO TEMPO DE RESIDÊNCIA...........80 
FIGURA 35 - FUNÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO DO TEMPO MÉDIO DE 
.......................RESIDÊNCIA.......................................................................................82 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
 
TABELA 1 - COMPOSIÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS CONSTITUINTES DE 
...............ALGUNS ÓLEOS VEGETAIS............................................................... 28 
TABELA 2 - CARACTERÍSTICA DOS RECHEIOS UTILIZADOS ............................ 51 
TABELA 3 - PLANEJAMENTO DOS EXPERIMENTOS…………………………...….53 
TABELA 4 - RESULTADOS AO LONGO DO TEMPO DO TESTE 3…....................72 
TABELA 5 - RESULTADOS AO LONGO DO TEMPO DO TESTE 4........................74 
TABELA 6 - RESULTADOS AO LONGO DO TEMPO DO TESTE 5…......................76 
TABELA 7 - CONCENTRAÇÃO DE SAÍDA DO TRAÇADOR....................................78 
TABELA 8 - CONCENTRAÇÃO DE SAÍDA DO TRAÇADOR DADA 
.....................UMA ALIMENTAÇÃO COM PERTUBAÇÃO EM PULSO.....................79 
TABELA 9 - CÁLCULO DA FUNÇÃO DTR ATRAVÉS DA EQUAÇÃO 9.................80 
TABELA 10 – CÁLCULO DO TEMPO MÉDIO DE RESIDÊNCIA 
........................ATRAVÉS DA EQUAÇÃO 18.............................................................81 
TABELA 11 – SUMÁRIO DOS EXPERIMENTOS......................................................82 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE SIGLAS 
 
 
ANP – Agência Nacional do Petróleo 
ASTM – American Society for Testing and Materials 
DR – Destilação Reativa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE SÍMBOLOS 
 
 
rm – relação molar álcool: óleo 
t – tempo (minuto) 
DG – diacilgliceróis 
EE – fração de ésteres 
GL – glicerol 
MG – monoacilgliceróis 
T – temperatura (°C) 
TG – triacilgliceróis 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
Capítulo 1..................................................................................................................13 
1 INTRODUÇÃO........................................................................................................13 
1.1 OBJETIVOS.........................................................................................................15 
1.1.1 Geral..................................................................................................................15 
1.1.2 Específicos........................................................................................................15 
1.2 JUSTIFICATIVA...................................................................................................161.3 ORGANIZAÇÃO TEMÁTICA DA DISSERTAÇÃO...............................................18 
Capítulo 2...................................................................................................................20 
2 REVISÃO DA LITERATURA .................................................................................. 20 
2.1 MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA ................................................................. 20 
2.1.1 Biodiesel………………………………………………………………………………22 
2.1.2 Vantagens ecológicas e técnicas……………………………………….........……23 
2.1.3 Crise do petróleo...............................................................................................24 
2.1.4 Produção de biodiesel ...................................................................................... 26 
2.1.5 Matérias-primas.................................................................................................27 
2.2 MÉTODOS DE PRODUÇÃO ............................................................................... 31 
2.2.1 Transesterificação ............................................................................................ 31 
2.2.2 Transesterificação com catalisador homogêneo básico....................................33 
2.2.3 Esterificação ..................................................................................................... 36 
2.3 DESTILAÇÃO REATIVA......................................................................................37 
2.3.1 Classificações da destilação reativa..................................................................38 
2.3.2 Aplicações, benefícios e desvantagens da destilação reativa..........................40 
2.4 DISTRIBUIÇÃO DO TEMPO DE RESIDÊNCIA………............................……….43 
Capítulo 3……………………...………………….…………………………………………46 
3 MATERIAIS E MÉTODOS...................................................................................... 46 
3.1 EQUIPAMENTO .................................................................................................. 46 
3.1.1 Montagem do equipamento .............................................................................. 48 
3.1.2 Recheios utilizados..............................................................................................................51 
3.1.3 Materiais utilizados nos testes .......................................................................... 52 
3.2 MÉTODOS...........................................................................................................52 
 
 
 
 
3.2.1 Planejamento experimental………………………………………………………...52 
3.2.2 Procedimentos dos testes de produção de biodiesel………......................……53 
3.2.3 Preparo das amostras do biodiesel para análise cromatográfica.....................53 
3.2.4 Procedimentos experimentais para os testes de hold-up e DTR......................55 
3.2.5 Teste de hold-up................................................................................................55 
3.2.6 Teste de DTR....................................................................................................56 
3.2.6.1 Perturbação em pulso ................................................................................... 58 
3.2.6.2 Perturbação em degrau ................................................................................. 61 
3.2.6.3 Relações integrais da função DTR ................................................................ 63 
3.2.6.4 Tempo de residência médio .......................................................................... 63 
3.2.6.5 Função DTR normalizada .............................................................................. 64 
3.2.6.6 Variância e assimetria da distribuição ........................................................... 65 
3.2.6.7 Procedimento experimental para determinação da DTR ............................... 65 
Capítulo 4………………………………………………………………………………..…..66 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................................................. 66 
4.1 REALIZAÇÃO DOS TESTES DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL…......……….....66 
4.2 RESULTADOS DE HOLD-UP E DTR..................................................................77 
Capítulo 5……………………………………………………………………………………84 
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES…………………………………………………...…..84 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 86 
 
13 
 
 
Capítulo 1 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
 
 Suprir a demanda energética mundial tem sido um grande desafio para nossa 
sociedade. A contínua elevação do preço do barril de petróleo e as questões 
ambientais associadas à queima de combustíveis fósseis também têm contribuído 
para colocar a humanidade frente à necessidade de novas fontes energéticas. O uso 
em larga escala da energia proveniente da biomassa é apontado como uma grande 
opção que poderia contribuir para o desenvolvimento sustentável nas áreas 
ambiental, social e econômica (TREVISANI et al., 2007). 
Antes mesmo do diesel de petróleo, os óleos vegetais foram testados e 
utilizados como combustíveis nos motores do ciclo diesel. Por razões tanto 
econômicas quanto técnicas, esses deram lugar ao diesel de petróleo (RINALDI et 
al., 2007). O baixo preço e a oferta dos derivados de petróleo, na época, 
influenciaram decisivamente na escolha pelo diesel mineral. 
 A transesterificação dos óleos vegetais ou gordura animal com álcool é a 
forma mais usual de produção de biodiesel, que pode ser obtido por diferentes 
processos. O biodiesel apresenta algumas vantagens em relação ao óleo diesel em 
termos de desempenho do motor, lubrificação e benefícios ambientais (PETERSON 
et al., 1998; CANAKCI, 2007). Devido à política de governo, que determinou e 
estabeleceu prazos para introdução do biodiesel na matriz energética do país 
através da adição deste no óleo diesel em diferentes proporções (B2 - 2% de 
biodiesel e B5 - 5% de biodiesel), iniciou-se um processo para implantação de 
plantas de produção de maior porte, para atender a demanda do mercado nacional. 
O petróleo, o carvão e o gás natural são responsáveis pelo fornecimento da 
maior parte da energia consumida no mundo. Essas fontes energéticas apresentam 
relativa escassez e existe a possibilidade de esgotamento no futuro (FERRARI et al., 
2005). Além desses aspectos, o crescimento populacional e os avanços 
tecnológicos provocam uma elevação na demanda de energia, o que evidencia a 
importância da busca por fontes energéticas alternativas. Nesse contexto, o 
biodiesel surge como uma promissora alternativa para substituir o óleo diesel em 
motores de ignição por compressão. 
14 
 
 
Por décadas, preocupações relacionadas aos problemas ambientais e à 
qualidade de vida no planeta têm sido consideradas bastante significativas. A 
emissão de poluentes dos combustíveis derivados do petróleo tem uma parcela 
relevante de contribuição para o agravamento dessa situação. Na tentativa de 
superar o desafio de atender à crescente demanda por energia de forma 
sustentável, causando o menor impacto possível ao ambiente, existe uma crescente 
motivação para o desenvolvimento de tecnologias que permitam utilizar fontes 
renováveis de energia, que possam substituir os combustíveis fósseis, mesmo que 
parcialmente. É nesse contexto que os biocombustíveis vêm ganhando cada vez 
mais força e destaque, principalmente no Brasil, que possui potencial natural para a 
produção desses combustíveis. 
O biodiesel pode ser definido como biocombustível derivado de biomassa 
renovável para uso em motores a combustão interna com ignição por compressão 
ou, conforme regulamento, para geração de outro tipo de energia que possa 
substituir parcial ou totalmentecombustíveis de origem fóssil (FUKUDA et al., 2001). 
Sua obtenção pode ser realizada através do processo de craqueamento, enzimática, 
esterificação ou, mais comumente, pela transesterificação. 
A transesterificação de óleos vegetais pode ocorrer via catálise homogênea 
ou heterogênea. Atualmente, a catálise homogênea é a rota tecnológica 
predominante para a produção do biodiesel. A catálise homogênea em meio alcalino 
é o processo mais comumente empregado, particularmente devido à sua maior 
rapidez, simplicidade e eficiência (CANAKCI, 2007). 
O rendimento da reação de transesterificação para a produção do biodiesel é 
afetada pela temperatura de reação, tipo e concentração do catalisador e razão 
molar etanol/óleo vegetal (ENCINAR et al., 2007). 
Levando-se em consideração estes fatos, torna-se necessário o estudo da 
otimização de processos que visa encontrar condições ótimas de operação de 
processos, principalmente os industriais. 
O combustível produzido tem que estar dentro das especificações da Agência 
Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). Pretende-se analisar a 
viabilidade econômica e ambiental, além da possibilidade de testar diferentes 
condições de tempo de reação, razão molar de etanol/ óleo e a quantidade de vários 
tipos de catalisadores sólidos (catálise heterogênea), de modo que essa tecnologia 
possa ser empregada tecnologicamente pela indústria nacional de biocombustíveis. 
15 
 
 
A produção de biodiesel apresentada neste trabalho utiliza a coluna de 
destilação reativa, processo no qual ocorrem simultaneamente a reação e separação 
de produtos, sendo que o principal foco deste trabalho foi avaliar a produção 
contínua de biodiesel e as características hidrodinâmicas de operação do 
equipamento para promover a reação e a separação dos componentes presentes. 
Para a realização deste trabalho foi utilizado o laboratório da UFPR e os 
recursos financeiros das agências de fomento. Os equipamentos adquiridos e 
resultados obtidos poderão dar início a novas pesquisas com futuros alunos. 
 
 
1.1 OBJETIVOS 
 
1.1.1 Geral 
 
O presente trabalho tem como objetivo avaliar as características 
hidrodinâmicas e de operação do processo contínuo para produção de biodiesel 
utilizando a técnica de destilação reativa, na qual ocorrem simultaneamente a 
reação e separação de produtos sendo que o principal objetivo deste trabalho foi 
avaliar as características hidrodinâmicas e de operação do equipamento para 
promover a reação e a separação dos componentes presentes. 
Assim nessa análise, foram observados os diferentes processos e os 
aspectos positivos e complicadores, de maneira a apontar o que seria mais 
interessante em termos de inovação na produção desse biocombustível. 
 
 
1.1.2 Específicos 
 
 Montar a unidade piloto projetada, a fim de obter os primeiros dados iniciais 
para melhor avaliar o equipamento; 
 Realização dos testes de acúmulos(hold-up) na coluna com recheio randômico 
e também ensaios para determinação de tempo de residência (DTR), para 
avaliação hidrodinâmica da coluna projetada; 
16 
 
 
 Realização dos experimentos para produção de biodiesel com avaliação do 
desempenho do equipamento; 
 Testar diferentes condições de tempo de reação, razão molar de etanol/óleo e 
a quantidade de catalisador, visando à qualidade e a especificação do 
biodiesel, em conformidade com a portaria n° 310 de 27/12/2001 da ANP. 
 
 
1.2 JUSTIFICATIVA 
 
Para o desenvolvimento deste trabalho, foi realizado um estudo sobre a 
produção de biodiesel em processo contínuo, utilizando a técnica da destilação 
reativa. 
Com exceção da energia hidroelétrica e nuclear, a maioria das fontes para 
produção de energia são provenientes de fontes não renováveis, como petróleo, gás 
natural e carvão. Essas fontes são limitadas e seu esgotamento é certo e num futuro 
não muito distante. Este fato, além do aumento no consumo e apelos ambientais, 
gerou uma busca incessante por alternativas para substituição dos combustíveis 
fósseis por fontes renováveis e menos poluidoras. 
Atualmente, o uso de óleos vegetais transformados (transesterificados) tem 
sido uma alternativa na substituição de combustíveis derivados de petróleo, além de 
ser uma fonte de grande impacto econômico e social. Rudolph Diesel, inventor do 
motor a diesel, já havia testado seu uso, todavia sem muito sucesso, possivelmente 
devido à alta viscosidade. A transesterificação mostra-se como uma opção para 
melhorar o desempenho dos óleos vegetais como combustíveis, sendo um processo 
simples, cujo produto, denominado de biodiesel, terá características similares ao 
óleo diesel obtido do petróleo. Assim, podemos definir o biodiesel como um mono-
alquil éster de ácidos graxos, derivado de fontes renováveis, tais como óleos 
vegetais e gorduras animais, obtido através de um processo de transesterificação, 
no qual ocorre a transformação de triglicerídeos em moléculas menores de ésteres 
de ácidos graxos. Os catalisadores mais comuns são hidróxido de sódio ou potássio, 
embora carbonato de potássio já tenha sido usado na tentativa de evitar uma reação 
paralela indesejada, a saponificação. A preparação do biodiesel também pode ser 
17 
 
 
feita através de enzimas, em que as lípases são usadas como catalisadores, porém 
o rendimento da reação é, algumas vezes, menor. 
Vários tipos de óleos vegetais já foram testados na preparação do biodiesel 
(canola, soja, milho, girassol, mamona, algodão etc.). O tipo de óleo a ser utilizado 
na produção do biodiesel depende de fatores geográficos, pois cada região produz 
um determinado tipo de óleo, segundo sua aptidão. Em alguns países da Europa, 
por exemplo, é utilizado o óleo de colza, já no Brasil, dependendo da região, pode-
se produzir a partir do óleo de soja, babaçu ou mamona. Destaca-se ainda o uso de 
óleos utilizados em frituras cuja finalidade mais nobre era até então a produção de 
sabão ou descartados em aterro sanitário. Vários autores investigaram o uso de 
óleos usados em frituras na obtenção do biodiesel. As características físico-químicas 
e rendimentos foram semelhantes aos ésteres preparados a partir de óleos vegetais 
refinados, surgindo daí um uso muito importante não somente como um substituto 
para o óleo diesel, mas também como um novo benefício social, tendo em vista a 
reutilização de um produto que não pode ser descartado facilmente no meio 
ambiente, dessa forma podendo causar sérios problemas no descarte inconsiente 
deste material. 
Como pode ser visto a transesterificação de óleos vegetais, refinados ou 
usados, já é bastante conhecida, todavia o problema maior é a quantificação dos 
ésteres formados (etil éster ou metil éster, de acordo com o álcool). Dependendo do 
tempo da reação e das razões entre reagentes, além do éster, podemos ter também 
mono, di e triglicerídeos, os quais comprometem a qualidade do biodiesel e 
diminuem a pureza do éster obtido. Sem dúvida, a cromatografia é a técnica 
analítica mais utilizada para essa finalidade, contudo não é uma metodologia rápida 
e tampouco "popular". No entanto, misturas contendo o éster do ácido graxo, mono, 
di e triglicerídeos têm viscosidade e densidade mais altas que o éster puro, sendo 
que esta diferença é suficiente para quantificar o éster. 
Na produção de biodiesel, os óleos e gorduras reagem com o álcool, 
formando ésteres de ácidos graxos que constituem o biodiesel. Trata-se de uma 
fonte de energia renovável com um forte impacto sobre o meio ambiente. Quando 
comparado ao diesel proveniente do petróleo, o biodiesel apresenta menor emissão 
de dióxido de carbono, contribuindo, dessa forma,para amenizar o problema do 
aquecimento global. 
18 
 
 
Além disso, o biodiesel apresenta menor emissão de dióxido de carbono em 
relação ao diesel, e os ésteres de ácidos graxos não contribuem com a formação do 
“smog” fotoquímico, fenômeno que é caracterizado pela formação de substâncias 
tóxicas e irritantes, como o ozônio e o nitrato de peroxiacetileno, a partir de 
nitrogênio e hidrocarbonetos, na presença de energia solar. Este aspecto positivo 
dos ésteres pode ser explicado pelo fato de que estes compostos não apresentam 
nitrogênio em suas estruturas. Convém ressaltar que os ésteres de ácidos graxos 
também não apresentam enxofre e, dessa forma, também não contribuem para 
fenômenos com o de acidificação das precipitações. 
Sendo o biodiesel um combustível de origem vegetal, além de ser barato, tem 
a vantagem de ser renovável, não contribuir para o efeito estufa e possui um nível 
de biodegradabilidade maior que o diesel; o biodiesel apresenta, ainda, vantagens 
ambientais, pois permite reaproveitar resíduos energéticos, com economia dos 
recursos naturais não renováveis e que, geralmente, são dispostos na natureza, de 
forma inadequada, destacando-se o problema do descarte em esgotos, nos lixões, 
dentre outros, e a complexa teia de necessário tratamento advindo desse processo 
inadequado. Assim, evitando-se esse problema, há uma considerável cadeia de 
consequências extremamente danosas à sociedade e ao meio ambiente que será 
evitada. 
Ainda acrescentar, a situação de que a possibilidade de ocorrência de chuvas 
ácidas ocasionadas pela combustão do biodiesel é reduzida uma vez que este 
combustível possui teor de enxofre 400 vezes menor que o encontrado no diesel 
oriundo do petróleo, além de não produzir resíduos poluentes no processamento do 
biodiesel. 
As situações apresentadas foram relevantes para o desenvolvimento desta 
dissertação, dado o seu enfoque ao processo de biodiesel com a técnica de 
destilação reativa. 
 
 
1.3 ORGANIZAÇÃO TEMÁTICA DA DISSERTAÇÃO 
 
Para melhorar a compreensão deste trabalho, citaremos um breve comentário 
do que será relatado nos capítulos seguintes. 
 
19 
 
 
Capítulo 2 – Revisão da literatura 
Neste capítulo é apresentada uma breve revisão sobre os métodos de 
produção de biodiesel. O trabalho será iniciado com uma nova pesquisa bibliográfica 
abrangente sobre as operações unitárias envolvidas no processo proposto. Isso 
garantirá que todas as etapas do projeto terão como base as informações da 
literatura. 
 
Capítulo 3 – Materiais e métodos 
Neste capítulo é apresentada a descrição dos equipamentos utilizados para a 
obtenção dos dados experimentais necessários à pesquisa desse trabalho. 
 
Capítulo 4 – Resultados e discussão 
No capítulo 4 apresentam-se os resultados obtidos com os experimentos 
realizados na coluna e a discussão dos resultados. 
 
Capítulo 5 – Conclusões e Sugestões 
Análise crítica dos resultados obtidos pelo método proposto, e sugestões para 
os próximos estudos na continuação do desenvolvimento deste trabalho. 
 
 
 
 
20 
 
 
Capítulo 2 
 
2 REVISÃO DA LITERATURA 
 
 
Neste capítulo são citados alguns métodos convencionais de produção de 
biodiesel e a aplicação da destilação reativa que é o foco do trabalho desta 
pesquisa. 
 
 
2.1 Matriz energética brasileira 
 
No Brasil, da mesma forma que no restante do mundo, existe dependência na 
matriz energética por combustíveis fósseis. Atualmente, os apelos ambientais pela 
redução da queima desses têm levado à busca por fontes de energia renováveis de 
menor impacto ambiental (OLIVEIRA, 2004). 
Mesmo assim, o Brasil é um dos países do mundo com maior índice de 
recursos renováveis em sua matriz energética, com a porcentagem de consumo de 
combustíveis limpos em torno de 46,4%; no mundo, esse valor médio é em torno de 
apenas 13% (MME – EPE, 2011). Isso se deve em grande parte ao sucesso 
alcançado pela inserção do etanol e o biodiesel na matriz energética veicular 
brasileira. 
Uma tendência da matriz energética brasileira pode ser observada pela Figura 
1. Nota-se que, apesar do destaque obtido nas fontes de energia renováveis, ainda 
há espaço para maiores avanços, pois a matriz de petróleo e derivados permanece 
como maior componente, com participação superior à terça parte (36,7%). 
 
21 
 
 
 
FIGURA 1 - MATRIZ ENERGÉTICA GERAL DO BRASIL 
FONTE: (ADAPTADO DE MME – EPE, 2011) 
 
 
Segundo dados da ANP (2011), o óleo diesel, derivado do petróleo, é o 
principal combustível da matriz energética veicular brasileira, com aproximadamente 
50% desses combustíveis consumidos no país. Deve-se destacar ainda que o 
parque industrial brasileiro encontra-se aquém das necessidades de consumo, 
precisando ainda importar óleo diesel para atender a demanda nacional. 
O biodiesel, dessa forma, surge como um substituto muito promissor para o 
diesel derivado do petróleo, combustível base da matriz veicular brasileira. Dentre as 
diversas fontes de energias renováveis atualmente utilizadas e investigadas, o 
biodiesel destaca-se no cenário mundial no atendimento ao desenvolvimento 
sustentável (MA e HANNA, 1999). 
O biodiesel foi incorporado na matriz energética brasileira através da Lei nº 
11.097, de 13 de janeiro de 2005, e é definido como um “biocombustível derivado de 
biomassa renovável para uso em motores a combustão interna com ignição por 
compressão ou, conforme regulamentam para geração de outro tipo de energia, que 
possa substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil”. A Lei 11.097 
de janeiro de 2008 tornou obrigatória a adição de 2% de biodiesel ao diesel de 
petróleo. Na Figura 2 mostra-se o cronograma inicial para a implementação do 
biodiesel na matriz energética brasileira de forma gradual. 
22 
 
 
 
FIGURA 2 - CRONOGRAMA OFICIAL DO PROGRAMA BRASILEIRO DE BIODIESEL 
FONTE: (ADAPTADO DE PORTAL WOLKSWAGEN, 2010) 
 
 
Contudo, devido aos bons resultados obtidos pelos pesquisadores em testes 
de veículos no país, o cronograma oficial de implementação do biodiesel na frota 
veicular brasileira foi antecipado. Entre os anos de 2005 e 2007, a mistura de 2% 
(B2) no diesel comercializado foi autorizada de forma não compulsória (período 
voluntário). O período de obrigatoriedade começou em janeiro de 2008, com a 
mistura a 2% (B2), tendo de passar a 5% até 2013. No segundo semestre de 2008, 
o governo elevou a mistura para 3% (B3) e, no segundo semestre de 2009, para 4% 
(B4). Embora inicialmente a mistura a 5% (B5) estivesse prevista para vigorar 
somente em 2013, durante o ano de 2009 esse prazo foi revisto, antecipando a meta 
de B5 a partir de janeiro de 2010; essa porcentagem de 5% de biodiesel no diesel 
pode ser alterada para o 10% (B10), mas para essa porcentagem não se tem ainda 
uma data prevista ANP (2011). 
 
 
2.1.1 Biodiesel 
 
O biodiesel é o produto da reação de um triglicerídeo ou ácido graxo (óleo 
vegetal ou gordura animal) e um álcool de cadeia curta (metanol ou etanol) 
denominado ésteres de ácido graxos, podendo ser usado como combustível de 
motores diesel sem a necessidade de alterações no mesmo (DEMIRBAS, 2002; 
TAPANES et al., 2008). 
23 
 
 
O biodiesel é composto por uma mistura de diferentes tipos de ésteres que 
podem possuir insaturações ao longo de suas cadeias. Tais insaturações são 
susceptíveis a processos oxidativos, principalmente na presença de oxigênio. A 
estabilidade oxidativa do biodiesel torna-se, portanto, um importante parâmetro de 
qualidade visto que a oxidação dos ésteres pode causar alguns problemas ao uso 
dessecombustível, que são obtidos através da transesterificação de óleos vegetais 
ou de gorduras animais com metanol (rota metílica) ou com etanol (rota etílica) na 
presença de um catalisador. Os estudos, de mecanismo e de cinética de reação, 
mostraram que o processo consiste em um número de reações consecutivas e 
reversíveis (FREEDMAN et al., 1984). 
Os triglicerídeos presentes na matéria-prima são reduzidos a di-glicerídeos, 
mono-glicerídeos e éster do ácido graxo (biodiesel), e o subproduto glicerol 
(glicerina). As reações envolvidas dependem de vários parâmetros, a saber: relação 
molar álcool-óleo, catalisadores, temperatura, tempo de reação e a qualidade da 
matéria-prima. 
Portanto, esse combustível de fontes renováveis é um potencial substituto do 
diesel de petróleo, é biodegradável porque tem efeitos benéficos para o meio 
ambiente, como redução da emissão CO2. Em blendas com o diesel, há um 
aumento na emissão de óxidos de nitrogênio (NOx), com redução de emissões de 
material particulado (PM), hidrocarbonetos (HC) e monóxido de carbono (CO) 
(ZHANG et al., 2002). 
De acordo com o Portal Biodieselbr (2011), as emissões de poluentes locais 
(controlados e não controlados) do biodiesel variam em função do tipo da matéria 
graxa (triglicerídeos e ácidos graxos) utilizada para a produção do biodiesel, ou seja, 
o tipo de óleo vegetal (soja, mamona, palma, girassol, etc) ou gordura animal usada 
na produção do biodiesel. Quanto ao biodiesel ser um éster etílico ou metílico, a 
princípio não é relevante quanto às emissões de poluentes locais. 
 
 
2.1.2 Vantagens ecológicas e técnicas 
 
A partir de estudos e análise de resultados de várias pesquisas, pode-se 
afirmar que: 
 É possível a produção a partir de matérias primas renováveis. 
24 
 
 
 Não é tóxico e é biodegradável (descompõe-se aproximadamente em 21 dias) 
evitando problemas causados por derrame em solos e oceanos (ZHANG, 
2002). 
 Tem menos emissões de monóxido de carbono, material particulado (smoke), 
compostos de enxofre hidrocarbonetos e aromáticos (KOZERSKI e HESS, 
2006). 
 Possui uma contribuição insignificante à acumulação de dióxido de carbono, 
comparado com os combustíveis de origem fóssil, contribuindo, dessa maneira, 
positivamente para não aumento do problema do efeito estufa (ZHANG, 2002). 
 A combustão do biodiesel produz menos fumaça visível e menos cheiros 
nocivos do que o diesel derivado do petróleo (CASTRO et al., 2007). 
 Seu ponto de fulgor é bem mais alto do que o do diesel de origem fóssil, isso 
faz com que se aumente a segurança à hora de transportar ou armazenar esse 
combustível (ZHANG, 2002). 
 O biodiesel tem propriedades físicas e químicas similares às do diesel 
convencional, o que permite seu emprego direto em qualquer motor diesel, sem 
necessidade de realizar modificações nele (CASTRO et al., 2007). 
 Possui um alto poder lubrificante e protege o motor, reduzindo seu desgaste 
bem como seus gastos de manutenção (ZHANG, 2002). 
 Sua produção permite dar uso a resíduos industriais e domésticos 
potencialmente energéticos, tais como gorduras e óleos de fritura (DIMIAN e 
BILDEA, 2008). 
 
 
2.1.3 Crise do petróleo 
 
Em 1973, ocorreu a crise mundial do petróleo, provocada por fatores políticos 
e econômicos. Consequentemente, todos os países importadores desse produto 
fóssil foram afetados na época, inclusive o Brasil. Desde então, a busca por novas 
fontes alternativas de energia tem motivado a classe científica a desenvolver 
tecnologias que permitam usar fontes renováveis de energia já que a maior parte da 
energia consumida no mundo provém do petróleo, carvão e gás natural. 
25 
 
 
Recentemente, essas pesquisas vêm sendo aceleradas devido a problemas 
ambientais associadas à queima de combustíveis fósseis e/ou à preocupação com o 
desenvolvimento sustentável (RINALDI et al., 2007). 
Nesse sentido, retomou-se a idéia de utilizar os óleos vegetais como 
alternativa para substituição ao diesel em motores de ignição por compressão. As 
primeiras experiências com uso de óleos vegetais processaram-se ao final do século 
XIX, por Rudolf Diesel (criador dos motores do ciclo diesel) (MA e HANNA, 1999). 
 Diesel apresentou um protótipo de motor, na Exposição Universal de Paris 
(1900), baseado na utilização do óleo de amendoim (cultura que naquela época era 
muito difundida nas colônias francesas da África). 
Posteriormente, o uso do óleo vegetal como alternativa renovável de 
combustível para competir com o óleo diesel foi proposta ainda no início de 1980. No 
entanto, um estudo mais avançado só foi realizado na África do Sul, em virtude do 
embargo do óleo diesel, tendo como consequência a primeira Conferência 
Internacional em Plantas e Óleos Vegetais, organizada em Fargo, Dakota do Norte, 
em agosto de 1982 (NASCIMENTO et al., 2001). 
Em princípio, os resultados foram satisfatórios quanto ao funcionamento do 
óleo no motor a diesel (KNOTHE et al., 2006), entretanto, observou-se que a 
aplicação direta de óleo vegetal no motor tornou-se limitada por alguns fatores tais 
como: elevada viscosidade, baixa volatilidade, menor desempenho do motor, dentre 
outros (ENCINAR et al., 2007). 
Mesmo assim, Rudolf Diesel acreditava que, futuramente, esses problemas 
seriam resolvidos e seria possível utilizar os óleos vegetais como combustível para 
motores a combustão interna. 
Com o passar dos anos, inúmeras experiências com combustíveis alternativos 
passaram a ser investigadas e aprimoradas, a fim de incorporar a competitividade 
diante dos combustíveis fósseis, sem que o motor do ciclo a diesel não sofresse 
grandes adaptações e fossem apontados problemas em relação ao seu 
desempenho (MA e HANNA, 1999). 
Em meados de 1970, no Brasil, foi criado o programa PRODIESEL, que 
visava obter a partir de óleos vegetais, um combustível alternativo ao diesel mineral. 
Todavia, tal programa não obteve êxito devido à diminuição de preço dos 
barris de petróleo e desinteresse da Petrobrás. Desde então, o programa ficou 
paralisado. 
26 
 
 
Com o agravamento da situação ambiental, o Brasil retoma as suas 
pesquisas sobre fontes renováveis e alternativas ao petróleo e, atualmente, na 
qualidade de país do “paraíso da biomassa”, implementou o Programa Brasileiro de 
Desenvolvimento Tecnológico de Biodiesel (PROBIODIESEL), instituído oficialmente 
na matriz energética brasileira a partir da lei nº 11.097, de 13 de janeiro de 2005. 
 
 
2.1.4 Produção de biodiesel 
 
No Brasil, como pode ser observado na Figura 3, a produção de biodiesel 
tem, ao longo dos anos, batido recordes de produção, com tendências de alta, 
impulsionados pela disponibilidade de matéria-prima (óleo de soja) e principalmente 
pelas crescentes percentagens adicionadas de forma obrigatória ao diesel 
comercializado, como comentado anteriormente (ANP, 2012). 
 
 
FIGURA 3 - EVOLUÇÃO ANUAL DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL NO BRASIL 
FONTE: ADAPTADO DE ANP (2012) 
 
 
27 
 
 
Segundo dados estatísticos da (ANP, 2012), desde 2007 o país tem 
importado menor quantidade de diesel para atender a demanda, evidenciando a 
importância do biodiesel no mercado de combustíveis brasileiro. 
No mundo, também é grande o interesse no estudo das aplicações e 
produção do biodiesel. A Figura 4 mostra o crescente número de artigos e patentes 
relacionados ao uso e produção deste biocombustível. 
 
 
Figura 4 - (a) Publicação de artigos e, (b) registro de patentes relacionados ao biodiesel no 
Brasil e no mundo. 
Fonte: Adaptado de QUINTELLA et al. (2009) 
 
 
Os dados apresentados na Figura 4 mostraram que houve crescimento quase 
que exponencialde produções técnicas. Segundo relatório semestral divulgado pelo 
Instituto Nacional da Propriedade Industrial – INPI, somente no segundo semestre 
de 2008 foram registradas 285 patentes relacionadas à produção de biodiesel. 
 Considerando o ano de 2008, o total geral foi de 515 patentes. Desse total, a 
China é o país que mais investe em tecnologias relacionadas ao biodiesel, com 117 
patentes registradas. No mesmo período o Brasil anotou 36 patentes, ficando em 5º 
lugar no cenário mundial, ficando atrás ainda apenas dos Estados Unidos, Japão e 
União Européia. 
 
 
2.1.5 Matérias-primas 
 
Uma ampla gama de tipos de matérias-primas pode ser usada na produção 
de ésteres de ácidos graxos, como: óleos vegetais, ácidos graxos em borras, 
gordura animal e óleos e gorduras residuais. Óleos vegetais e gorduras são 
basicamente compostos de triglicerídeos, ésteres de glicerol e ácidos graxos. No 
28 
 
 
óleo de soja, os ácidos graxos predominantes são os ácidos linoléico (18:2), oléico 
(18:1) e palmítico (16:0). O ácido láurico (12:0) é majoritariamente encontrado no 
óleo de babaçu, enquanto no sebo bovino, o ácido esteárico (18:0) é predominante 
(LEÃO, 2009). Na Tabela 1, podem-se observar os tipos de óleos vegetais mais 
utilizados na produção de biodiesel, com seus respectivos ácidos graxos 
constituintes: 
TABELA 1.- COMPOSIÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS CONSTITUINTES DE ALGUNS ÓLEOS 
VEGETAIS 
ÓLEO 16:0 16:1 18:0 18:1 18:2 18:3 OUTROS 
Algodão 28,7 0 0,9 13 57,4 0 0 
Papoula 12,6 0,1 4 22,3 60,2 0,5 0 
Colza 3,5 0 0,9 64,1 22,3 8,2 0 
Cártamo 7,3 0 1,9 13,6 77,2 0 0 
Girassol 6,4 0,1 2,9 17,7 72,9 0 0 
Sésamo 13,1 0 3,9 52,8 30,2 0 0 
Linhaça 5,1 0,3 2,5 18,9 18,1 55,1 0 
Trigo 20,6 1,0 1,1 16,6 56 2,9 1,8 
Palma 42,6 0,3 4,4 40,5 10,1 0,2 1,1 
Milho 11,8 0 2 24,8 61,3 0 o,3 
Mamona 1,1 0 3,1 4,9 1,3 0 89,6 
Sebo 23,3 0,1 19,3 42,4 2,9 0,9 2,9 
Soja 13,9 0,3 2,1 23,2 56,2 4,3 0 
Laurel 25,9 0,3 3,1 10,8 11,3 17,6 31 
Amendoim 11,4 0 2,4 48,3 32 0,9 4 
Avelã 4,9 0,2 2,6 83,6 8,5 0,2 0 
Noz 7,2 0,2 1,9 18,5 56 16,2 0 
Amêndoa 6,5 0,5 1,4 70,7 20 0 0,9 
Azeitona 5 0,3 1,6 74,7 17,6 0 0,8 
Côco 7,8 0,1 3 4,4 0,8 0 65,7 
FONTE: DEMIRBAS (2005) 
 
 
O óleo vegetal, de uma forma geral, é atualmente a matéria-prima mais 
amplamente utilizada na produção de biodiesel, como mostra a Figura 5. 
 
29 
 
 
 
FIGURA 5 - MATÉRIAS-PRIMAS UTILIZADAS PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL 
FONTE: ANP (2012) 
 
 
Na Figura 6, pode-se observar a variação da matéria-prima ao longo do 
tempo. 
 
FIGURA 6 – VARIAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA AO LONGO DO TEMPO 
FONTE: ANP (2012) 
 
 
30 
 
 
Por outro lado, algumas fontes residuais para a produção de biodiesel são 
consideradas mais atraentes que o óleo vegetal, por terem um custo menor de 
produção, evitando seus descartes e inutilizações ou a possibilidade de agregar 
valor a seus subprodutos, minimizando o impacto ambiental, como o caso dos óleos 
e gorduras animais (obtidas em curtumes, frigoríficos e abatedouros de animais de 
médio e grande porte), óleos residuais (de frituras, resultado do processamento de 
alimentos em lanchonetes, cozinhas industriais, comerciais e domésticas e 
indústrias) e borra ácida (resíduo proveniente do processo de refino de óleo), rejeitos 
industriais e esgotos domésticos, ricos em matérias graxas (ARANDA & ANTUNES, 
2005). Outra fonte promissora são as microalgas (plantas microscópicas que 
necessitam de sol, água e gás carbônico para crescer e são ricas em lipídeos, 
podendo acumular entre 60% e 80% do seu peso em ácidos graxos) podendo 
complementar de forma ambientalmente correta a demanda de matéria-prima 
necessária para produção de biocombustível, barateando os custos da mesma, ( 
LEÃO, 2009). 
São muitas as opções disponíveis, algumas insuspeitas, a exemplo do coco, 
que pode produzir até 2 toneladas de óleo por hectare, matéria-prima para a 
produção de biodiesel de excelente qualidade. A mamona, de 90 dias de ciclo, e 
com 40% a 45% de óleo, desponta como uma opção especialmente viável para a 
Região Nordeste e que também pode ser cultivada na região do Cerrado, 
principalmente na safrinha. A Figura 7 apresenta as principais oleaginosas 
produzidas em cada região do Brasil (MME, 2010). 
 
31 
 
 
 
FIGURA 7 - OLEAGINOSAS NO BRASIL 
FONTE: MME, 2011 
 
 
2.2 MÉTODOS DE PRODUÇÃO 
 
2.2.1 Transesterificação 
 
Esse processo também denominado alcoólise é a reação dos triacilgliceróis 
provenientes dos óleos vegetais e/ou gorduras animais com um álcool para formar 
uma mistura de ésteres de ácidos graxos e o glicerol. Os alcoóis que participam na 
reação de transesterificação são alifáticos, possuem um só grupo OH primário ou 
secundário e de 1 a 8 átomos de carbono, sendo o metanol e o etanol os compostos 
de maior preferência (MA e HANNA, 1999). 
A reação de transesterificação acontece na presença de um catalisador já que 
a velocidade de reação não é suficientemente alta às temperaturas usualmente 
empregadas. Essas temperaturas dependem do tipo de álcool que se utilize no 
processo. Considerando-se que a reação se dê em fase líquida, a temperatura de 
reação deve ter um valor ligeiramente próximo ao ponto de ebulição do álcool 
(DIMIAN e BILDEA, 2008). 
Os catalisadores podem ser ácidos homogêneos (H2SO4, HCL, H3PO4), 
ácidos heterogêneos (Zeólitas, resinas sulfonicas), básicos heterogêneos (MgO, 
32 
 
 
CaO), básicos homogêneos (KOH, NaOH) ou enzimáticos (enzimas lípases: de 
candida, de pseudomonas); dentre todos eles, os catalisadores que acostumam ser 
utilizados em escala industrial são os catalisadores básicos homogêneos, já que 
atuam bem mais rápido e permitem operar em condições moderadas (CAMÚS e 
LABORDA, 2008). 
Esse processo tem a capacidade de diminuir a viscosidade do óleo vegetal 
até um valor próximo ao de combustível diesel, mantendo constante o seu poder 
calorífico e o índice de cetano. O processo de transesterificação é considerado como 
o método mais eficaz e prático na hora de melhorar as propriedades dos óleos 
vegetais. Dessa forma, por meio da reação de transesterificação, é possível 
viabilizar o uso dos óleos vegetais como combustíveis nos motores convencionais 
(CANACKCL, 2007; MA e HANNA, 1999). 
O processo global de reação da transesterificação é normalmente uma 
sequência de três passos, os quais são reações reversíveis. Os triacilgliceróis são 
passo a passo convertidos em diacilgliceróis, monoacilgliceróis e finalmente em 
glicerol, o qual é o sub-produto. Como produto principal se obtém uma mistura de 
ésteres de ácidos graxos (Biodiesel) em cada uma destas reações (MARCHETTI et 
al., 2007), pode ser observada na Figura 8. 
 
 
 
FIGURA 8 - REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO 
FONTE: (Adaptado de MARCHETTI et al., 2007) 
 
 
A conversão máxima que pode ser conseguida na transesterificação e 
depende das constantes de equilíbrio dos passos individuais. Como uma ordem de 
33 
 
 
magnitude, essas possuem valores próximos a 10 a uma temperatura de 60°C. Em 
consequência, um excesso substancial de álcool é necessário para deslocar o 
equilíbrio químico para o lado direito da reação e assim atingir produções de ésteres 
próximas a 99% (DIMIAN e BILDEA, 2008). 
A transesterificação é um processo que reduz significativamente a 
viscosidade dos óleos vegetais sem afetar seu poder calorífico, no qual se obtém 
como produto principal o biodiesel e, como co-produto, o glicerol, ressaltando que o 
biodiesel apresenta-se melhor em características como atomização, combustão, 
viscosidade e emissões com respeito aos óleos. Esta reação pode serdescrita como 
a seguir; os triacilgliceróis estão compostos por três cadeias de ácidos graxos 
esterificadas a uma molécula de glicerol. Quando o triacilglicerol reage com o álcool, 
essas cadeias se liberam e se combinam com este para produzir o Biodiesel. Esse 
processo normalmente acontece a uma temperatura próxima ao ponto de ebulição 
do álcool sob uma pressão ligeiramente maior à atmosférica para garantir que a 
reação terá lugar em estado líquido, geralmente em presença de um catalisador que 
pode ser ácido, básico, ou uma enzima (ISSARIYAKUL et al., 2007). 
 
 
2.2.2 Transesterificação com catalisador homogêneo básico 
 
A transesterificação de óleos vegetais na presença de catalisadores alcalinos 
homogêneos é um processo relativamente simples que ocorre sob pressão 
atmosférica, temperaturas amenas e razão molar álcool/óleo mais baixa em relação 
à catalise ácida homogênea. O sistema de catálise básica tem sido estudado e 
aplicado com frequência na indústria, principalmente por causa de sua rápida 
velocidade de transesterificação, as taxas de reação são cerca de 4000 vezes mais 
rápidas do que a catálise ácida quando é utilizada a mesma quantidade de 
catalisador (SUAREZ et al., 2007). Adicionalmente, nesse sistema, as condições 
operacionais mais brandas tornam o meio reacional menos corrosivo à superfície 
dos reatores. Por causa desses fatores, dentre outros, a transesterificação de óleo 
vegetais via catálise básica tornou-se o processo mais aplicado mundialmente para 
produção de biodiesel nos processos industriais. Os compostos usualmente 
empregados nessa rota são o hidróxido de sódio, hidróxido de potássio e metóxido 
de sódio (ZHANG, 2002). 
34 
 
 
O fluxograma geral básico desse processo é apresentado na Figura 9. 
 
FIGURA 9 - FLUXOGRAMA GERAL DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL POR 
TRANSESTERIFICAÇÃO COM CATÁLISE HOMOGÊNEA ALCALINA 
Fonte: (Adaptado de FUKUDA et al., 2001) 
 
 
Nimcevica et al., (2000) fabricaram etil- ésteres a partir de óleo de canola 
usando KOH como catalisador. Com uma relação molar 6:1 etanol:óleo, 
concentração de catalisador 1,5% (em base a massa do óleo), temperatura de 65°C 
e tempo de reação de 3 horas, obteve-se uma conversão a ésteres de 98,5%. 
Vicente et al.,(2004) fizeram a comparação do uso de diferentes catalisadores 
básicos (metóxido de sódio, metóxido de potássio, hidróxido de sódio e hidróxido de 
potássio) na metanólise do óleo de girassol. Todas as reações foram feitas sob as 
mesmas condições experimentais, 65°C, relação molar álcool: óleo 6:1, 1% em peso 
de catalisador (em base a massa do óleo) e tempo de reação 4 horas. 
Com o emprego dos quatro catalisadores, obtiveram-se reações completas 
com conversões de 99,33 %, 98,46%, 91,67% e 86,71% quando o catalisador foi 
metóxido de sódio, metóxido de potássio, hidróxido de potássio e hidróxido de sódio, 
respectivamente. Concentrações ao redor de 100% de éster na fase biodiesel foram 
atingidas em tempos relativamente baixos, sendo as reações que usaram hidróxido 
de sódio ou potássio as mais rápidas. 
35 
 
 
No trabalho de Jeong et al., (2004), realizou- se a transesterificação básica do 
óleo de canola com metanol anidro usando KOH como catalisador sob as seguintes 
condições: relação molar metanol:óleo 10:1, 1% de catalisador (em base à massa do 
óleo), temperatura de reação 60°C e tempo de reação 30 minutos, obtendo uma 
conversão dos triacilgliceróis próxima a 98%. 
Yang et al.,(2009) fabricou biodiesel por meio da transesterificação do óleo do 
fruto da planta Idesia Klico. No processo usou metanol e KOH como catalisador. A 
conversão máxima a ésteres esteve ao redor de 99% sob as seguintes condições: 
relação molar metanol: óleo 6:1, concentração de catalisador 1% (em base à massa 
do óleo), temperatura de reação 30 °C e tempo de reação 40 minutos. 
Uma importante limitação dessa rota de produção é sua sensibilidade à 
pureza dos reagentes, em especial à quantidade de água e ácidos graxos livres 
contidos nas matérias-primas. A presença de água pode causar hidrólise do éster 
formado ou provocar a reação de saponificação. Os ácidos graxos livres podem 
reagir com o catalisador alcalino para produzir sabão e água, esses compostos 
provocam emulsões, as quais dificultam a recuperação de materiais e purificação do 
biodiesel. Por isso, óleo vegetal desidratado com valor ácido menor a 1 e um 
catalisador anidro são completamente necessários para o bom desempenho e 
viabilidade comercial desse sistema (FREEDMAN et al., 1984). 
De acordo com Kiss et al. (2006), no método de produção que utiliza a 
transesterificação de óleos vegetais, há alguns inconvenientes, como risco de 
manuseio, o catalisador é corrosivo aos equipamentos, necessita da neutralização 
posterior com ácido; forma sabões em presença de ácidos graxos livres, exigindo 
assim a necessidade de que a matéria prima seja de elevado grau de pureza em 
triglicerídeos, encarecendo portanto o processo; onera o fluxograma de processo 
pela dificuldade de separação dos produtos em várias etapas consecutivas e ainda 
há o problema de operação não contínua, com restrição da produção. 
Outras rotas, como os processos de esterificação e interesterificação com 
catálises homogênea, heterogênea ou enzimática, têm sido investigados por 
apresentarem altas conversões. A facilidade de separação entre as fases geradas, 
seletividade e especificidade do biocatalisador (enzima) com condições mais 
brandas de temperatura e pressão (evitando a desnaturação da enzima), facilidade 
de recuperação do glicerol e a possibilidade de reutilização do catalisador (FARIA, 
2004). 
36 
 
 
2.2.3 Esterificação 
 
A reação de esterificação consiste na obtenção de ésteres a partir da reação 
entre um ácido graxo e um álcool de cadeia curta (metanol ou etanol), com formação 
de água como subproduto. A reação de esterificação pode ser catalisada por 
catalisadores ácidos de Brøsnted ou de Lewis, por catalisadores básicos de Lewis, 
além de enzimas (LEÃO, 2009). 
O processo da reação de esterificação é reversível, obtendo como produto 
principal um éster específico. Entre os diversos métodos que podem ser utilizados 
para sintetizar os ésteres, um bom exemplo é a reação de esterificação de Fischer 
(1895), na qual, sob aquecimento, um ácido carboxílico reage com um álcool 
(produzindo éster e água). Essa reação, quando processada em temperatura 
ambiente, é lenta, mas pode ser acelerada com o emprego de aquecimento e/ ou 
catalisador (exemplo, o ácido sulfúrico H2SO4). 
Conforme esquema global da reação, em um dado tempo, os produtos e 
reagentes entram em equilíbrio químico e, nesse momento, as velocidades das 
reações de formação dos produtos e de formação dos reagentes se mantêm 
constantes. O emprego de um catalisador e/ou o aumento da temperatura se tornam 
úteis para que o equilíbrio seja estabelecido mais rapidamente. 
No entanto, o éster obtido pode reagir com a água (reação de hidrólise), 
gerando novamente ácido carboxílico e álcool; porém, a reação inversa é mais lenta. 
A hidrólise do éster em meio básico é denominada saponificação - do latim, 
sapo = sabão, conforme a Figura 10. 
 
FIGURA 10 - MECANISMO BÁSICO DA REAÇÃO DE ESTERIFICAÇÃO 
 
 
A atenção dada aos ésteres orgânicos decorre de essas substâncias 
despertarem grande interesse por causa de sua importância industrial, 
especialmente nas atividades que envolvem emprego de solventes, vernizes, 
37 
 
 
resinas, plastificantes, polímeros, intermediários para a indústria farmacêutica, 
fragrâncias e essências sintéticas. 
Outra rota de emprego da esterificação reside num processo combinado de 
hidróliseinicial dos triglicerídeos para a produção de ácidos graxos e posterior 
emprego do processo de esterificação para produção do biodiesel (ARANDA e 
ANTUNES, 2005). 
Leão (2009) fez um estudo empírico e cinético da esterificação de ácidos 
graxos saturados utilizando o mesmo catalisador óxido de nióbio em pó em um 
reator autoclave batelada. A linha de tendência para a reatividade de ácidos graxos 
foi determinada na seguinte ordem decrescente de reatividade: palmítico > láurico> 
esteárico. Os valores de conversões de ésteres ficaram na faixa entre 73 e 84 %, 
com a utilização de etanol anidro. Observou-se que o catalisador em questão opera 
em temperaturas de até 200ºC. 
A Escola da Química / UFRJ juntamente com a empresa Agropalma 
patentearam a produção de biodiesel por esterificação de resíduos do processo de 
refino do óleo de palma (ARANDA & ANTUNES, 2005), com baixo custo de 
produção. O catalisador utilizado neste processo é o óxido de nióbio. Esses ácidos 
graxos são esterificados com metanol e etanol e depois destilados a vácuo, gerando 
assim produto de elevada pureza. 
Esse processo poderia ser, em princípio, ainda mais favorável 
economicamente se pudesse ser executado em apenas uma etapa integrada, na 
qual reação e separação ocorressem em um único equipamento, como em uma 
coluna de destilação reativa. 
 
 
2.3 DESTILAÇÃO REATIVA 
 
A destilação reativa é uma operação unitária em que a reações e separações 
de produtos ocorrem simultaneamente no mesmo equipamento. É uma alternativa 
eficaz para a combinação reator-separadores em especial quando estão 
acontecendo reações reversíveis ou consecutivas. Podem-se empregar colunas de 
recheio ou de pratos. As aplicações industriais desse tipo de equipamento são 
inúmeras, podendo-se citar: esterificação (produção de MTBE, ETBE e TAME); 
esterificação (acetato de metila e outros), (DOHERTY e MALONE, 2001). 
38 
 
 
A dificuldade de separação de alguns sistemas levou ao crescimento da 
técnica de destilação reativa, que é um processo no qual a reação química e a 
separação por destilação acontecem continuamente em uma única operação unitária 
(KHALEDI e BISHNOI, 2006). 
A separação de produtos é parte essencial da grande maioria dos processos 
químicos industriais, e a destilação é a técnica de separação mais largamente 
utilizada para separar componentes de misturas que apresentam diferentes graus de 
volatilidade (GOUVÊA, 1999). Vários estudos têm mostrado que grande parte da 
energia consumida na indústria química é usada na geração de vapor, sendo que a 
maior parcela deste vapor serve para aquecer os refervedores das colunas de 
destilação. Esse excessivo consumo de energia característico dos equipamentos de 
destilação pode ser justificado fundamentalmente pela grande necessidade de 
aquecimento aliada à baixíssima eficiência apresentada por eles (NETTO, 1991). 
Por outro lado, a destilação permite obter altas taxas de produtos e é 
essencialmente isso que a torna bastante utilizada (GOUVÊA, 1999). Nesse sentido, 
nota-se a importância da integração energética proporcionada pela destilação 
reativa. 
 
 
2.3.1 Classificações da destilação reativa 
 
Os equipamentos típicos de destilação reativa são formados por um 
esquema não híbrido, no qual a reação e a separação ocorrem 
simultaneamente em todos os estágios, e um sistema híbrido em que a 
coluna é dividida em três regiões (MERCADO, 2008). O sistema híbrido 
ocorre quando a reação química envolvida no processo necessita de catálise 
sendo a mesma feita heterogeneamente, ou seja, nem todos os estágios são 
recheados com catalisador e a reação sem a presença do catalisador ocorre 
muito lentamente, podendo ser considerada desprezível. 
Uma coluna híbrida é dividida em três secções: reativa, de retificação e 
de “stripping”. Na secção reativa os reagentes são convertidos em produtos e 
também ocorre a separação dos produtos da zona reativa por meio de 
destilação. As tarefas das secções de retificação e “stripping” dependem dos 
seis pontos de bolha dos reagentes e produtos. Quando os produtos contêm o 
39 
 
 
componente de menor ponto de bolha no processo, a secção de retificação é usada 
para purificação dos produtos e reciclo de reagente. Nesse caso, na secção de 
“stripping”, ocorre a remoção de inertes e subprodutos, assim como o reciclo de 
reagentes. Caso os produtos contenham o componente de maior ponto de bolha, as 
secções de retificação e “stripping” têm suas funções invertidas (HIGLER, TAYLOR 
& KRISHNA, 1999). A divisão da coluna em três secções é apresentada na Figura 
11. 
 
FIGURA 11 - DIVISÃO DE UMA COLUNA DE DESTILAÇÃO REATIVA EM TRÊS SECÇÕES 
FONTE: HIGLER, TAYLOR E KRISHNA (1999) 
 
 
O processo de destilação reativa enquadra-se nos chamados “processos 
intensificados”, dentre os quais é o mais largamente aplicado atualmente (REAY, 
RAMSHAW e HARVEY, 2008). A expressão “intensificação de processos” se refere 
às tecnologias que substituem equipamentos grandes, onerosos e com alto 
consumo de energia por outros menores, mais baratos e mais eficientes, ou por 
processos que combinem múltiplas operações em um menor número de unidades 
ou, ainda, em uma única unidade. Assim, esse conceito emerge como uma nova 
filosofia de projeto, a qual se aplica tanto a novos tipos de equipamentos, quanto a 
novas técnicas de processamento e a métodos de desenvolvimento de processos 
e/ou unidades industriais (REIS, 2006). 
A intensificação de processos implica em processos mais baratos, 
particularmente em termos dos custos devido à aquisição de áreas industriais 
40 
 
 
(maior capacidade de produção e maior número de produtos fabricados por 
unidade de área); custos de investimento mais baixos (equipamentos menores, 
menor quantidade de tubulações, etc.) e custos menores com matérias-primas 
(maior rendimento e/ou seletividade), com utilidades (em particular com 
energia), com o tratamento de correntes residuais e com a disposição de 
resíduos. Além disso, a intensificação de processos pode aumentar a 
segurança dos mesmos, uma vez que “menor pode ser mais seguro” (REIS, 
2006). 
A destilação reativa faz parte de uma área mais ampla de processos de 
separação reativa, que inclui qualquer combinação de reação química com 
separação, tais como: destilação, “stripping”, absorção, extração, adsorção, 
cristalização e separação por membrana. Separações reativas são operações 
difundidas. Em processos de separação reativa típica, a superposição de 
reação e separação é empregada. Em outros casos, reação e separação 
simultâneas simplesmente não podem ser evitadas. Este é, por exemplo, o caso 
quando reações laterais ocorrem no equipamento de separação. Além disso, em 
muitos reatores os produtos são diretamente removidos, o que é basicamente 
uma separação reativa (SUNDMACHER e KIENLE, 2003). 
 
 
2.3.2 Aplicações, beneficios e desvantagens da destilação reativa 
 
Muitos sistemas de reações tecnicamente importantes consistem em reações 
competitivas irreversíveis do tipo A reagindo com B formando C e A reagindo com C 
formando D, no qual C é o produto e D é um subproduto indesejado. Um processo 
reativo geralmente tem por objetivo a conversão total dos reagentes. Entretanto, se 
houver varias reações laterais, a conversão total pode corresponder em baixa 
seletividade. Para aumentar a seletividade, excesso de um dos reagentes (B) 
geralmente é usado. Nesse caso, para atingir a conversão total em todo o processo, 
o reciclo do reagente excedente é necessário (BLAGOV et al., 2000). 
As principaiscaracterísticas da destilação reativa que tornam esses 
processos atrativos são os seguintes: a simplificação do processo pode levar à 
economia de capital; maiores conversões podem ser obtidas para reações limitadas 
pelo equilíbrio químico devido ao deslocamento do equilíbrio para a direita, isso 
41 
 
 
diminui os custos com reciclo, por trabalhar com alimentações próximas das 
estequiométricas evitando excesso de um dos reagentes; maiores seletividades são 
obtidas devido à remoção de pelo menos um dos produtos da zona reativa ou 
mantendo nesta mesma zona a concentração de um dos reagentes baixa, assim, 
prevenindo que ocorram reações laterais a subprodutos; utilização de menor 
quantidade de catalisador para o mesmo grau de conversão; condições reacionais 
podem evitar possíveis azeótropos de mistura de produtos de reação, evitando 
assim a utilização de solventes auxiliares; benefícios da integração do calor são 
obtidos pela utilização do calor gerado na reação química para vaporização, zonas 
quentes são, portanto, evitadas (TAYLOR & KRISHNA, 2000). 
A separação de misturas que envolvem azeótropos e isômeros por destilação 
convencional requer elevados custos de energia, enquanto que a separação por 
destilação com solvente requer um solvente adequado, o qual, em alguns casos, 
pode não estar disponível. 
A destilação reativa, por reduzir o número de equipamentos e o número de 
conexões entre equipamentos, reduz o risco de emissões de gases devido a 
vazamentos. Além disso, como requer menor quantidade de energia, também 
apresenta menores emissões de dióxido de carbono, consequentemente, trata-se de 
um processo que causa menos agressão ao meio ambiente (HARMSEN, 2007). 
Na destilação reativa o calor de reação é utilizado na evaporação. Altas taxas 
de reação resultam em elevadas taxas de evaporação; contudo, a temperatura de 
reação muda muito pouco. Dessa forma, anomalias no processo da destilação 
reativa são em geral menos intensas que em um reator convencional. Isso significa 
que os processos em coluna de destilação reativa requerem uma menor quantidade 
de medidas de segurança na operação do equipamento (HARMSEN, 2007). 
Dentre as desvantagens deste processo destacam-se: 
 Os reagentes e produtos devem ter uma volatilidade compatível para 
manter altas concentrações de reagentes e baixas concentrações de produtos 
na zona reativa; 
 Nos casos em que o tempo de residência da reação é elevado, é necessária 
uma coluna que tenha elevados volumes de retenção em cada estágio. Dessa 
forma, pode ser mais vantajoso usar um arranjo convencional composto por um 
reator seguido de uma coluna de destilação; 
42 
 
 
 É difícil projetar colunas de destilação reativa para altas taxas de fluxo devido 
a problemas de distribuição do líquido em colunas empacotadas; 
 Em algum processo, as condições ótimas de temperatura e pressão para a 
destilação podem estar muito longe das condições ótimas para a reação e vice-
versa (TAYLOR e KRISHNA, 2000). 
A destilação reativa é um processo alternativo que tem grande potencial para 
ser aplicado quando a reação em fase líquida convencional exibe uma ou mais 
destas características: reação química limitada pelo equilíbrio, reação exotérmica 
que exige o resfriamento de um reator convencional, mau uso da matéria-prima 
devido a perdas por seletividade ou excessiva complexidade no fluxograma, 
presença de reações paralelas, formação de azeótropos (HARMSEN, 2007). 
Atualmente, muitas pesquisas e atividades em desenvolvimento estão a 
caminho de introduzir a destilação reativa em outros processos químicos. Mas, 
apesar do convincente sucesso das aplicações da destilação reativa na esterificação 
e eterificação, é importante notar que a destilação reativa nem sempre é vantajosa 
(SUNDMACHER e KIENLE, 2003). 
Os processos de destilação reativa comercial têm demonstrado reduções no 
capital de investimento e/ou consumo de energia. Mas, é difícil trazer um novo 
processo de destilação reativa para linhas de produção por causa da complexidade 
no projeto, síntese e operabilidade do processo de destilação reativa resultante da 
interação da reação e destilação. A análise do processo e operabilidade é 
efetivamente tratada através da simulação. Como a coluna de destilação tem 
diversas variáveis que podem ser controladas, a simulação é uma importante 
ferramenta para a otimização do equipamento (CHEN et al., 2000). 
Nos últimos anos, a destilação reativa tem recebido um interesse cada vez 
maior não apenas da indústria química e petroquímica, mas também de pesquisas 
acadêmicas e um aumento no número de publicações. Esse processo se tornou 
muito importante na produção de aditivos de combustíveis, tais como MTBE, ETBE, 
TAME (KHALEDI e BISHNOI, 2006). 
Geralmente a reação é induzida pela adição de uma alimentação contendo 
compostos reativos. Esses reagem seletivamente com um dos componentes no 
interior da coluna formando produtos que são removidos. Para uma mistura binária 
de difícil separação, por exemplo, seria necessária uma coluna com muitos pratos e 
43 
 
 
alta razão de refluxo. Com a alimentação adicional de uma mistura reagente 
apropriada, o tamanho da coluna e a razão de refluxo podem ser significativamente 
reduzidos para obter a separação desejada, com um menor custo. Um exemplo de 
“separação difícil”, que pode ser solucionada alternativamente pela destilação 
reativa, é a purificação de águas fenólicas, buscando atender às questões 
econômicas e ambientais (REIS, 2006). 
A comercialização bem sucedida da tecnologia de destilação reativa requer 
uma atenção especial com relação aos aspectos de modelagem, incluindo a 
dinâmica da coluna de destilação. Muitos dos paradigmas advindos dos processos 
de reação e de destilação convencional não são facilmente traduzidos para a 
destilação reativa. As potenciais vantagens desse processo poderiam ser anuladas 
pela escolha inadequada do estágio de alimentação, refluxo, quantidade de 
catalisador empregado, etc. (REIS, 2006). Assim, é possível diminuir a conversão 
atingida pelo aumento da quantidade de catalisador empregado, uma vez que a 
capacidade de separação maior poderia diminuir o desempenho do processo 
(HIGLER et al., 1999). 
 
 
2.4 DISTRIBUIÇÃO DO TEMPO DE RESIDÊNCIA 
 
Para projetar um reator, deseja-se conhecer a capacidade, o tipo de reator e 
que método de operação são melhores para uma determinada reação 
(LEVENSPIEL,1999). 
Uma informação importante no projeto de reatores químicos é o 
conhecimento da distribuição de tempos de residência (DTR). A determinação da 
DTR permite diagnosticar problemas de escoamento no reator. Os principais 
problemas recorrentes em reatores são: 
 Existência de zonas de estagnação do fluido ou zonas mortas; 
 Curto circuitagem extrema e sub-passagem do fluido; 
 Existência de canalização, especialmente em operações em contracorrente; 
 Dispersão axial em reatores tubulares; 
 Segregação, resultante das condições de mistura. 
Outras técnicas, além da DTR, são necessárias para a previsão do 
comportamento para o projeto de um reator real (não-ideal), tais como, modelos 
44 
 
 
matemáticos com parâmetros a serem ajustados a partir de informações 
experimentais. 
Esses parâmetros são correlacionados como funções de propriedades do 
fluido, do escoamento e da configuração do reator. Esses modelos são por natureza 
semi-empíricos. Em detrimento disso, usa-se um certo modelo, preferencialmente a 
outro, para um certo tipo de escoamento. Por exemplo, um dos modelos que melhor 
representa fisicamente o escoamento em um reator com enchimento (leito