Estudo cinético da transesterificação de triacilgliceróis utilizando catálise enzimática

Abstract

Resumo: O estudo da cinética da transesterificação enzimática de triacilgliceróis em éster de biodiesel na ausência de co-solvente é proposto neste trabalho. Sistemas ausentes de cosolventes vêm sendo estudados, pois além de serem mais corretos do ponto de vista ambiental, eliminam etapas de separação e recuperação do solvente. Entretanto, na literatura são encontrados diversos trabalhos que caracterizam a cinética da reação enzimática de modo superficial, sem a realização de maiores estudos que relacionam as reações cinéticas envolvidas. Dentre os modelos cinéticos encontrados, três descrevem reação com dois substratos e dois produtos; estes modelos foram testados e comparados a fim de selecionar o que melhor representa os dados experimentais. Os dois primeiros modelos seguem o mecanismo Ping Pong Bi Bi para explicar a cinética da reação de transesterificação na produção de biodiesel, com a incorporação de inibição por um dos reagentes, o álcool, enquanto o terceiro modelo propõe um mecanismo simples da reação de transesterificação no qual é desconsiderado o efeito de inibição do álcool. A modelagem matemática foi realizada utilizando dados experimentais encontrados na literatura. Os parâmetros cinéticos foram otimizados utilizando o método de algoritmo genético como ferramenta de otimização. A modelagem dos mecanismos encontrados na literatura e a simulação dos dados experimentais do sistema foram realizadas utilizando o software Matlab 7.0. Na escolha do modelo que melhor representou os dados experimentais, foram considerados os erros calculados e o coeficiente de correlação para cada conjunto de dados. O segundo modelo testado foi o que forneceu o melhor ajuste, nesse modelo tem-se a formação de biodiesel à medida que a o triacilglicerol é quebrado, entretanto novos ensaios são necessários para que seja medida, além do rendimento, a variação da concentração das demais espécies envolvidas no sistema ao longo do tempo de ensaio.

Abstract:The current work analyzes the kinetics of the enzymatic transesterification of triacylglycerols, in a solvent free system, for the production of biodiesel esters. Solvent-free transesterification systems are more environmentally friendly, and eliminate the need for solvent separation and recovery steps. However, the kinetics of the transesterification reaction in this system have not been well characterized to date, with most studies simply limiting themselves to determining the optimum conditions for the reaction. In the current work three kinetic models that were recently proposed in the literature were tested against experimental results that were also obtained from the literature. The first two models are based on the Ping Pong Bi Bi mechanism and the third model proposes a mechanism that mimics simple chemical kinetics for each reaction. The genetic algorithm was used as an optimization tool to determine the parameters of the model that gave the best fit to the experimental results. The modeling and simulation were performed using Matlab 7.0. An inspection of the errors and the correlation coefficient for each data set showed that the second model tested gave the best fit. It is recommended that during future studies of enzymatic transesterification of triacylglycerols in solvent free systems the concentrations of all species in the system be determined, and not simply the concentration of biodiesel esters.