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SIMULAÇÃO DO PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL DE ÓLEO DE PALMA UTILIZANDO OS SOFTWARES ASPEN HYSYS E DWSIM.
COSTA, Elinéia Castro1; MACHADO, Nélio Teixeira1 ; ARAÚJO, Marilena Emmi2
1- PRODERNA/ITEC/UFPA, elineia_castro@yahoo.com.br; 2- TERM@/FEQ/ITEC/UFPA, meaaraujo@gmail.com
1 – INTRODUÇÃO
	O biodiesel é um combustível definido na literatura como uma mistura de ésteres de ácidos graxos derivados de fontes renováveis, produzido a partir da reação de transesterificação de óleos ou gorduras com um álcool, gerando como subproduto o glicerol. Após a reação de transesterificação ainda devem ser considerados os processos de separação para a recuperação do excesso de etanol, a separação dos ésteres do glicerol, e a purificação do biodiesel propriamente dito. Neste contexto, a utilização de simuladores de processo representa uma ferramenta de fundamental importância para o projeto e otimização de unidades de produção como a de biodiesel, com inúmeros parâmetros importantes a serem definidos. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo simular o processo de produção de Biodiesel de óleo de Palma utilizando dois diferentes simuladores de processos (o software comercial Aspen Hysys V8.4 e o software de interface aberta DWSIM V3.3).
2 – MÉTODOS E PROCEDIMENTOS
	A planta virtual de produção de biodiesel proposta foi projetada para processar 1 kmol/h de óleo palma, utilizando etanol como reagente (na proporção de 6:1 molar) e NaOH (na proporção de 1% em massa em relação a massa de óleo) como catalisador. O fluxograma do processo consiste nas etapas de reação (transesterificação do óleo), aquecimento e recuperação do etanol em excesso e, de separação e refino dos ésteres etílicos produzidos. Os fluxogramas do processo, implantados no DWSIM (Figura 1) e no Aspen Hysys (Figura 2) possuem as mesmas etapas, consistindo ambos na utilização de um reator de conversão, no qual é introduzida uma corrente contendo o óleo, o etanol e o catalisador. Foi admitida uma taxa de conversão de 95% da tripalmitina, em ambos os casos. A corrente efluente do reator é então encaminhada para as etapas de separação do excesso de etanol e purificação do biodiesel. A recuperação do etanol foi simulada, utilizando uma coluna de destilação com 10 estágios teóricos. Para simular a etapa de separação e refino dos ésteres etílicos foi utilizada uma coluna de extração líquido-líquido, e água aquecida foi utilizada como solvente. A seguir o biodiesel é encaminhado a um tanque flash sob vácuo para a evaporação de água e etanol residuais.
Figura 1 – Fluxograma da Planta de Produção de Biodiesel (DWSim)
Figura 2 – Fluxograma da Planta de Produção de Biodiesel (Hysys)
	Considerando os processos envolvidos na simulação e as espécies químicas utilizadas, o modelo termodinâmico selecionado para o cálculo das propriedades da fase líquida da mistura foi o modelo NRTL (non-random two-liquids), juntamente com o modelo Peng-Robinson (PR) para a descrição da fase vapor.
	Para o sistema estudado neste trabalho, o simulador Aspen Hysys já dispunha dos parâmetros de interação binária para os pares Glicerol/Água e Etanol/Água. Para todos os demais pares, os parâmetros foram estimados. O simulador DWSIM dispunha dos pares Etanol/Água, Etanol/Glicerol, Etanol/EtP, Etanol/PPP, EtP/Água, EtP/PPP, EtP/Glicerol, PPP/H2O, Glicerol/Água e Glicerol/PPP, os demais pares foram estimados. Embora tenha sido utilizado o mesmo pacote termodinâmico (NRTL/PR) em ambas as simulações, os parâmetros de interação binária das substâncias apresentaram valores diferentes entre os dois simuladores, tanto para os que já faziam parte da base do programa, quanto para os estimados a partir do método UNIFAC.
3 – RESULTADOS E DISCUSSÕES	
Etapa de Reação: Na etapa de reação não foi observada diferença significativa entre os resultados obtidos com os dois simuladores. A única diferença observada refere-se à temperatura da mistura resultante da reação, que no DWSIM apresentou valor mais baixo em comparação ao resultado obtido com o Aspen Hysys. A Tabela 1 apresenta os resultados referentes às correntes de entrada e Saída dos reatores.
 Tabela 1 – Condições Operacionais e Composições das Correntes de Entrada e Saída do Reator de Conversão.
	Evaporação do Etanol em Excesso:  Conforme a Tabela 2 é possível observar que ambos os simuladores foram eficientes na recuperação do etanol em excesso. Os dados de fração e vazão mássicas disponíveis na Tabela 2 permitem a realização de cálculos de balanço de massa para cada componente. Realizando o balanço para o Etanol podemos observar que a destilação com o Aspen Hysys resultou numa recuperação de 75,2% do etanol na corrente “Etanol (Reciclo)”, enquanto, a realizada com o DWSIM resultou em 92,1% de etanol recuperado.
	A diferença nos valores obtidos a partir da simulação da destilação, no que se refere às temperaturas das correntes resultantes, bem como às composições das mesmas, deve-se provavelmente, aos métodos de predição da pressão de vapor que não são os mesmos nos dois simuladores. Essa diferença deve influencia de forma significativa o processo de destilação (muito sensível à pressão de vapor dos compostos puros).
Tabela 2 – Condições Operacionais e Composições das Correntes Resultantes da Destilação.
	Purificação dos Ésteres Etílicos: A Tabela 3 apresenta as composições das correntes “Biodiesel Final” obtidas nos dois simuladores após a etapa de evaporação flash.
 Tabela 3 – Condições Operacionais e Composições das Correntes de Biodiesel Purificado.
	
	Como citado no item 2, durante os procedimentos de configuração da lista de componentes e do pacote termodinâmico, foram observadas diferenças entre os valores dos parâmetros de interação binárias para os dois simuladores. Os parâmetros de interação binária afetam o equilíbrio de fases, sendo esta a provável justificativa para as diferenças observadas nos resultados.
4 – CONCLUSÕES
	O software DWSIM, mostrou-se capaz de realizar a simulação proposta, e pode ser uma alternativa para o estudo de processos químicos que envolvam reações orgânicas, bem como, processos de separação, embora como esperado, os resultados obtidos com o Apens Hysys sejam notadamente superiores, conhecidos os recursos e capacidade deste simulador.
5 – REFERÊNCIAS 
ASPENTECH, Thermodynamics and HYSYS, 2000.
MEDEIROS, Daniel. DWSIM - Process Simulation, Modeling and Optimization. (Manual Técnico). 2015.
Hysys
DWSIM
Entrada
Saída
Entrada
Saída
Óleo
EtOH+NaOH
Mistura resultante da reação (M1)
Óleo
EtOH+NaOH
Mistura resultante da reação (M1)
T (°C)
60
25,01
60,92
60
25,01
44,67
P (kPa)
101,3
101,3
101,3
101,3
101,3
101,3
Vmas(kg/h)
807,3
284,5
1091,82
807,3
284,5
1091,82
Vmol(kmol/h)
1
6,202
7,2018
1
6,202
7,2018
Fração Mássica
Etanol
0,0000
0,9716
0,1329
0,0000
0,9716
0,1329
Glicerol
0,0000
0,0000
0,0801
0,0000
0,0000
0,0801
NaOH
0,0000
0,0284
0,0000
0,0000
0,0284
0,0000
EtP
0,0000
0,0000
0,0074
0,0000
0,0000
0,0074
PPP
1,0000
0,0000
0,7426
1,0000
0,0000
0,7426
Aspen Hysys
DWSIM
Alimentação
Fundo
Topo
Alimentação
Fundo
Topo
Corrente
M1**
Biodiesel + Impurezas
Etanol (Reciclo)
M1
Biodiesel + Impurezas (M2)
EtOH(Reciclo)
T (°C)
60,00
79,32
50,32
44,67
129,50
50,32
P (kPa)
30
30
30,00
30
30
30
Vmas.(kg/h)
1091,82
982,7
109,1
1091,82
951,66
133,61
Vmol(kmol/h)
7,20
4,833
2,369
7,20
4,3
2,90
Fração de Vapor
0,0081
0,0242
1
0
0
1
Fração Mássica
Etanol
0,1329
0,0366
1,0000
0,1329
0,0137
1,0000
Glicerol
0,0801
0,0890
0,0000
0,0801
0,0912
0,0000
H2O
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
NaOH
0,0074
0,0082
0,0000
0,0074
0,0084
0,0000
EtP
0,7426
0,8251
0,0000
0,7426
0,8447
0,0000
PPP
0,1329
0,0411
0,0000
0,1329
0,0421
0,0000
Biodiesel Final
Aspen Hysys
DWSIM
T (°C)
25
25
P (kPa)101,3
101,3
Vmas.(kg/h)
823,86
834,98
Vmol(kmol/h)
2,844
3,06
Fração Mássica
Etanol
0,0000
0,0016
Glicerol
0,0000
0,0202
H2O
0,0003
0,0000
NaOH
0,0000
0,0032
EtP
0,9642
0,9319
PPP
0,0355
0,0431
2 – MÉTODOS E PROCEDIMENTOS
1 - INTRODUÇÃO
3 – RESULTADOS E DISCUSSÕES
4 – CONCLUSÕES
5 – REFERÊNCIAS