Orientador: Roberta Ceriani

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A obtenção de dados experimentais e a modelagem do equilíbrio líquido-líquido (ELL) de sistemas graxos (ou lipídicos) têm sido constante objeto de estudo nas últimas duas décadas motivados pela crescente produção de biodiesel e processamento de glicerol e de óleos e gorduras para consumo...

Resumo: A obtenção de dados experimentais e a modelagem do equilíbrio líquido-líquido (ELL) de sistemas graxos (ou lipídicos) têm sido constante objeto de estudo nas últimas duas décadas motivados pela crescente produção de biodiesel e processamento de glicerol e de óleos e gorduras para consumo humano. A produção industrial envolve misturas contendo ácidos carboxílicos e graxos, ésteres graxos, álcoois (principalmente metanol e etanol), glicerol, aldeídos, acilglicerol, água entre outros compostos orgânicos. Durante o processamento, as etapas de purificação são de extrema importância, pois afetam diretamente a qualidade do produto final, e o conhecimento do ELL para misturas desses compostos, presente ao longo da produção do biodiesel, é de total relevância. Ademais, a extração líquido-líquido representa uma alternativa mais branda a atual forma de purificação de ácidos graxos. O cálculo do ELL, além de ser naturalmente complexo devido à alta não linearidade das equações, apresenta ainda sérias limitações com métodos de contribuição de grupos presente na literatura, o que inviabiliza projetos de aprimoramento do processo. Nesse sentido, este trabalho teve o objetivo de estudar o método de contribuição de grupos ASOG (Analytical Solution o Groups) - ainda inexplorado em sistemas da tecnologia de lipídeos - juntamente com o recente método da Estrutura das Soluções das Equações da Isoatividade (ESEI) para se realizar o cálculo preditivo do ELL. As sub-rotinas foram desenvolvidas em Matlab®. A avaliação foi feita em 440 misturas (3.018 linhas de amarração) retiradas da literatura, contendo os compostos mencionados, típicos desse setor industrial. As interações entre os grupos CH3xCOOH, OHxCOOH, COOxCOOH, H2OxCH3, H2OxCOO, H2OxCOOH, COHxCH3, COHxCOO, OHxCOO e CH3xC=C foram reajustadas em uma rotina desenvolvida em Matlab®, o que melhorou a predição da solubilidade dos ácidos graxos, água e aldeídos nas fases orgânicas e alcoólica, com exceção dos sistemas contendo ácido carboxílico de cadeia curta e álcoois com cadeias longas. A aplicação do método ESEI, apesar de ser uma forma mais simples de abordar o cálculo do ELL, apresentou problemas de convergência, contornadas aumentando-se o número de estimativas iniciais utilizado, exigindo maior tempo de simulação

Abstract: Acquiring experimental data and modeling of liquid-liquid equilibrium (LLE) of fatty (lipid) systems have been constantly under study in the past two decades, motivated by increasing biodiesel production, and processing of glycerol and edible oils/fats. Industrial production involves...

Abstract: Acquiring experimental data and modeling of liquid-liquid equilibrium (LLE) of fatty (lipid) systems have been constantly under study in the past two decades, motivated by increasing biodiesel production, and processing of glycerol and edible oils/fats. Industrial production involves mixtures composed of carboxylic acids, fatty acids, fatty acid alkyl esters, alcohols (mainly methanol and ethanol), glycerol, aldehydes, acylglycerol, water, and other organic compounds. During processing, purification steps are extremely important, because they affect directly final product quality, and knowledge of LLE for mixtures of these compounds, present throughout biodiesel production, is very relevant. Conversely, liquid-liquid extraction represents a mild alternative for the current way of purification of fatty acids. Besides being naturally complex due to high non-linearity of equations, LLE calculation by means of group contribution methods still has several limitations, hampering projects of process improvements. In this context, this work aimed at evaluating the group contribution method ASOG (Analytical Solution of Groups) - still unexplored for systems of the lipid technology - along with the recently published method Solution Structure of Isoactivity Equations to perform predictive calculation of LLE. Subroutines were created using the Matlab®. The evaluation was carried out for a total of 440 mixtures (3.018 tie lines) taken from literature, composed by those aforementioned substances, typical of this industrial segment. Interactions between groups CH3xCOOH, OHxCOOH, COOxCOOH, H2OxCH3, H2OxCOO, H2OxCOOH, COHxCH3,COHxCOO, OHxCOO e CH3xC=C were readjusted in an optimization routine also created in Matlab®, which improved solubility prediction of acids, water, and aldehydes in organic and alcoholic phases, except in systems containing small chain carboxylic acids and long chain alcohols. The Solution Structure of the Isoactivity Equations offered a simpler way to perform LLE calculation, but it showed convergence problems, which could be overcome by increasing the number of initial estimations to initialize the method, demanding more time of simulation

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