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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Síntese de biodiesel em microcanais = Biodiesel synthesis in microchannels
Title Alternative: Biodiesel synthesis in microchannels
Author: Santana, Harrson Silva, 1984-
Advisor: Taranto, Osvaldir Pereira, 1963-
Abstract: Resumo: Essa tese investigou numérica e experimentalmente o processo de síntese e purificação do biodiesel em microcanais. A síntese de biodiesel foi realizada através da reação de óleo vegetal e álcool na presença de catalisador básico. Essa reação que ocorre com excesso de álcool para deslocar o equilíbrio da reação para os produtos, produz o biodiesel e o coproduto glicerol. Assim, além da reação de síntese, o processo de produção do biodiesel envolve a remoção do álcool não reagido e do glicerol. Na literatura são encontrados estudos que avaliam a aplicação de microdispositivos na síntese de biodiesel, porém, poucos trabalhos aplicam as características da microescala na purificação desse combustível (remoção do álcool em excesso e glicerol) e técnicas de modelagem e simulação que podem otimizar o processo de síntese e os microdispositivos utilizados. A síntese foi inicialmente avaliada numericamente para o óleo de Pinhão Manso e etanol em micromisturadores com diferentes geometrias e os resultados mostraram que a reação entre os reagentes é controlada pelos processos de mistura e cinética de reação e que o tempo de residência desempenha um papel importante na conversão do óleo, sendo demonstrado que a conversão é mais afetada pelo tempo de residência do que pelo tipo de geometria. Em seguida foi investigado a síntese de biodiesel a partir do óleo de girassol experimentalmente e numericamente. A máxima porcentagem dos ésteres etílicos (FAEE) obtida para o reator batelada convencional e para o microreator foi de 94,06% e 95,80%, respectivamente. Foi demonstrado que os parâmetros rendimento e seletividade representam melhor a simulação do processo de transesterificação do óleo de girassol. Com esses resultados foi possível desenvolver microdispositivos mais eficientes para a síntese de biodiesel. Os microdispositivos com obstruções circulares e com elementos estáticos mostraram experimentalmente elevadas FAEE com valores acima de 99%. Após os ensaios numéricos e experimentais de síntese foi explorado a purificação do biodiesel em microcanais. Os resultados da remoção do álcool mostraram que a temperatura influenciou positivamente a evaporação/separação do álcool, com um aumento dessa variável, a separação é maior. As variáveis vazão dos fluidos e razão molar possuem um efeito contrário. A remoção do glicerol do biodiesel em microcanais é influenciada estatisticamente pelo tempo de residência e a interação entre o tempo de residência e fração volumétrica dos fluidos glicerina e biodiesel

Abstract: This thesis investigated numerically and experimentally the process of synthesis and purification of biodiesel in microchannels. The biodiesel synthesis was performed by reaction of vegetable oil and alcohol in the presence of basic catalyst. This reaction occurs with excess alcohol to displace the equilibrium of the reaction towards the products, produce biodiesel and glycerol. Thus, besides the synthesis reaction, the biodiesel production process involves the remotion of the unreacted alcohol and glycerol. No studies were found to apply the microscale features in purification of the biofuel (removal of alcohol in excess and glycerol), or the application of modeling techniques and simulation that can optimize the synthesis process and the microdevices used. The synthesis was initially evaluated numerically for the Jatropha curcas oil and ethanol in micromixers with different geometries for the microchannels and the results showed that the reaction between the reactants is controlled by the mixing and the reaction kinetics and residence time plays a key role in oil conversion. It was demonstrated that the conversion is more affected by the residence time that the geometry type. It was then investigated the synthesis of biodiesel from sunflower oil experimentally and numerically. The maximum percentage of ethyl esters (FAEE) obtained for the batch reactor and the microreactor was 94.06% and 95.80%, respectively. It was shown that the yield and selectivity parameters better represent the simulation of sunflower oil transesterification process. With these results it was possible to develop more efficient microdevices for biodiesel synthesis. The microdevices with circular obstructions and static elements showed high FAEE with values above 99%. After the synthesis was explored the biodiesel purification in microchannels. The results of the removal of alcohol showed that the temperature influenced positively evaporation/separation of alcohol, an increase of this variable, the separation is greater and the variable flow of fluids and molar ratio has the opposite effect. The biodiesel glycerol removal of microchannels is statistically affected by residence time, and the interaction between the residence time and volume fraction of glycerol and biodiesel
Subject: Microfluidica
Biodiesel
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:FEQ - Tese e Dissertação

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