Estudo da extração etanólica de óleo de soja utilizando ésteres como co-solventes

Abstract

Resumo: A soja é hoje uma das principais fontes de óleo vegetal no mundo. A principal forma de extração do óleo de soja é a extração por solvente utilizando hexano comercial. O hexano é uma mistura de hidrocarbonetos derivados do petróleo altamente inflamável e de moderada toxicidade. Dentre os vários solventes estudados para substituir o hexano, o etanol merece destaque por ser oriundo de fontes renováveis, atóxico e de baixo custo no país. No entanto, o etanol apresenta menor solubilidade a óleos quando comparado ao hexano, que é completamente miscível. O uso de um co-solvente que melhore a solubilidade entre componentes parcialmente miscíveis é uma alternativa que pode permitir melhor capacidade de extração. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi aplicar ésteres etílicos como co-solventes, em baixas proporções, para promoção da extração de óleo de soja. As etapas para a realização deste estudo compreenderam a produção de biodiesel, a realização de estudos de equilíbrio de fases dos sistemas (óleo de soja + (etanol + água)), (óleo de soja + biodiesel + (etanol + água)) e (óleo de soja + acetato de etila + etanol anidro), e a obtenção de cinéticas de extração de óleo de soja com misturas etanol + ésteres. O biodiesel utilizado nos experimentos foi obtido por transesterificação homogênea alcalina, com rendimento em massa de 97,63%. Considerando os sistemas com ésteres, verificou-se que a solubilidade aumentou com maiores frações destes componentes e maiores temperaturas. Para os sistemas (óleo de soja + (etanol + água)) foi observada maior solubilidade a maiores temperaturas e menores teores de água. Os sistemas que utilizaram biodiesel foram correlacionados pelo modelo NRTL com bons ajustes aos dados experimentais. As cinéticas de extração de óleo de soja bruto a partir de soja laminada foram realizadas com etanol anidro e sua mistura com frações de biodiesel ou acetato de etila. Foi observado que quanto menor a temperatura, maior o efeito do emprego dos ésteres sobre a capacidade de extração de óleo bruto total, no equilíbrio. No entanto, quanto maior a temperatura utilizada, maior a taxa e quantidade total de soluto obtido. A 55°C não foi observado diferença entre a extração utilizando somente etanol e misturas (etanol + biodiesel) ou (etanol + acetato de etila). De acordo com os resultados obtidos, a aplicação de misturas etanol + ésteres na extração de óleo de soja parece promissora no sentido da diminuição dos gastos energéticos, uma vez que possibilita melhorar a extração total de óleo bruto a temperaturas mais amenas, abaixo de 55 ºC. Os modelos cinéticos de 2ª ordem e de transferência de massa para placa plana infinita se ajustaram bem os dados experimentais. Os sistemas de extração por etanol anidro e co-solventes apresentaram ?Hº e ?Sº positivos, enquanto ?Gº foi negativo, indicando que estes processos são endotérmicos, irreversíveis e espontâneos. Palavras-chave: Equilíbrio líquido-líquido. Extração. Óleo de soja. Etanol. Biodiesel.

Abstract: Nowadays, soybean is one of the major sources of vegetable oil in the world. The main form of soybean oil extraction is the solvent extraction using commercial hexane. Hexane is a highly flammable mixture of hydrocarbons derived from petroleum that presents moderate toxicity. Among the various solvents studied to replace hexane, ethanol is noteworthy for being derived from renewable sources, being non-toxic and of low cost in the country. However, ethanol presents lower solubility to oils, as compared to hexane, which is completely miscible. The use of a co-solvent to improve the solubility of partially miscible components is an alternative which can allow better extraction capacity. In this context, the aim of this study was to apply ethyl esters as co-solvents in low proportions, for the promotion of soybean oil extraction. The steps for accomplishing this study comprised the production of biodiesel, performing phase equilibrium studies for the systems (soybean oil + (ethanol + water)), (soybean oil + biodiesel + (ethanol + water)) and (soybean oil + ethyl acetate + anhydrous ethanol) and obtaining crude soybean oil extraction kinetics using mixtures of ethanol and esters. The biodiesel used in the experiments was obtained by homogeneous alkaline transesterification, yielding 97.63% (mass basis). Considering the systems with esters, it was found that the solubility increased with larger fractions of these components and higher temperatures. For the systems (soybean oil + (ethanol + water)) a greater solubility at higher temperatures and lower moisture contents was observed. The biodiesel systems studied were correlated with the NRTL model, which resulted in good fits to the experimental data. The kinetics of crude soybean oil extractions from soybean flakes were performed with anhydrous ethanol and its mixture with biodiesel or ethyl acetate fractions. It was observed that with lower temperatures, greater effects of using esters were obtained in the crude soybean oil extraction capacity, at equilibrium. However, the higher the temperature used, the higher the rate and the total amount of solutes extracted. At 55 °C no difference was observed between the extraction using ethanol and mixtures (ethanol and biodiesel) or (ethanol + ethyl acetate). According to the results obtained, the application of mixtures of ethanol and esters in the extraction of crude soybean oil appears promising in the sense of reducing energy costs, since it allows improving the overall oil extraction at milder temperatures, below 55 °C. The 2nd order and mass transfer for infinite slab kinetic models presented a good adjustment to the experimental data. The extraction systems using anhydrous ethanol and co-solvents showed positive ?Hº and ?Sº while ?Gº was negative, indicating that these processes are endothermic, irreversible and spontaneous. Keywords: Liquid-liquid equilibrium. Extraction. Soybean oil. Ethanol. Biodiesel.