Estudo do equilíbrio líquido-líquido e de propriedades de excesso em sistemas envolvendo palmitato de etila, ácidos graxos livres, álcoois, água e glicerol

Abstract

Resumo: A busca por fontes de energia renováveis é uma tendência mundial há muitas décadas, tanto por questões ambientais quanto por questões econômicas. Neste contexto, o biodiesel, que é uma mistura multicomponente de alquil ésteres de ácidos graxos livres, tem surgido como uma alternativa eficaz. No processo de fabricação do biodiesel, após a reação, os compostos presentes devem ser separados e a eficiência da separação depende do entendimento da termodinâmica de equilíbrio de fases. Desta maneira, este trabalho visa estudar as propriedades de mistura e os equilíbrios de fases de sistemas relacionados a reações de produção de biodiesel. Além disso, foi feita a aplicação e validação de uma metodologia analítica para determinação da composição de sistemas ternários, que combina medidas do índice de refração e da densidade. Foram estudados os efeitos de mistura de sistemas binários e ternários através do cálculo dos volumes molares de excesso e dos desvios dos índices de refração em diversas temperaturas, sendo os resultados modelados através da equação de Redlich-Kister. O Equilíbrio Sólido-Líquido (ESL) do sistema binário ácido palmítico + etanol foi estudado na faixa de temperaturas entre 20 °C e 60 °C e comparado com resultados da literatura. Também foi feito o estudo do Equilíbrio Líquido-Líquido (ELL) de sistemas ternários, determinando curvas binodais e linhas de amarração para os sistemas palmitato de etila + etanol + água e palmitato de etila + etanol + glicerol a 25 °C, 40 °C e 55 °C; e para o sistema ácido palmítico + etanol + água a 65 °C. A consistência dos resultados das linhas de amarração foi testada através da utilização dos modelos de Othmer-Tobias e Hand. Os dados experimentais de ELL foram modelados utilizando os modelos NRTL, UNIFAC-LL, UNIFAC-Dortmund e UNIQUAC. Para os sistemas palmitato de etila + etanol + água (ou glicerol), o modelo UNIFAC-LL apresentou bons resultados, enquanto o modelo UNIFAC-Dortmund não, prevendo inclusive a formação de duas fases líquidas entre palmitato de etila e etanol. Os modelos NRTL e UNIQUAC mostraram-se adequados para a correlação dos dados experimentais obtidos para os sistemas com éster, apresentando valores do desvio médio quadrático (rmsd) e do desvio absoluto (AD) menores do que 2%. Para o sistema com ácido palmítico, todos os modelos apresentaram desvios maiores, com rmsd e AD entre 7% e 10% para os modelos UNIFAC, enquanto os modelos NRTL e UNIQUAC apresentaram estes desvios na faixa entre 2,5% e 4,5%. Os resultados obtidos neste trabalho indicaram que os desvios dos índices de refração possuem sinal oposto ao dos volumes molares de excesso. A comparação dos resultados de ELL obtidos para o sistema ternário palmitato de etila + etanol + água com valores da literatura indica que a metodologia analítica é confiável. Além disso, os dados experimentais e teóricos obtidos e apresentados neste trabalho contribuem com o levantamento e disponibilização de informações termodinâmicas de sistemas de interesse em processos de produção de biodiesel.