Esterificação não catalítica de ácido láurico com etanol anidro : cinéticas e conversão de equilíbrio

Abstract

Resumo: Este trabalho tem como objetivo a obtenção de dados experimentais e a modelagem cinética da esterificação não catalítica de ácido láurico. Os estudos sobre combustíveis alternativos, como o biodiesel, são de grande importância devido à diminuição das reservas de combustíveis fósseis e aos riscos ambientais associados à emissão de gases poluentes. Considerando matérias-primas com alto teor de ácidos graxos livres para a produção de biodiesel, a rota comumente empregada de transesterificação alcalina pode ser prejudicada pela saponificação. Desta forma, este trabalho apresenta resultados obtidos através da rota de esterificação não catalítica de ácido graxo com etanol. Nesse estudo, utilizou-se o ácido láurico isolado, encontrado em oleoginosas, e etanol anidro, matéria-prima nacional e renovável. As cinéticas de reação foram conduzidas em um reator Parr (controlador Parr 4848), volume de 50 mL com camisa de aquecimento elétrica e agitação mecânica (fixada em 260 rpm). Foi observado o efeito das variáveis: razão molar etanol/ácido láurico (3:1 e 6:1) e temperatura (120 °C, 150 °C, 180 °C, 200 °C e 250 °C). Valores satisfatórios de conversão em ésteres etílicos (77,7 % a 200 oC e 87,8 % a 250 oC) foram obtidos considerando a razão molar de etanol/ácido láurico de 6:1 em um tempo relativamente curto de reação (120 min). Os dados experimentais foram correlacionados seguindo um modelo de cinética de primeira ordem considerando o balanço de massa da reação. Ainda, os resultados experimentais obtidos neste trabalho foram comparados a dados de conversão de equilíbrio químico em que a não idealidade da fase líquida (fase em que ocorre a reação) foi corrigida utilizando o modelo UNIFAC, para o cálculo do coeficiente de atividade. O modelo cinético usado apresentou resultados satisfatórios de correlação dos dados experimentais. O modelo termodinâmico usado também foi capaz de predizer as conversões de equilíbrio para o sistema estudado neste trabalho.

Abstract: This work aims the study on the experimental data and kinetic modeling of non-catalytic lauric acid esterification. Studies on alternative fuels, as biodiesel, have been received great attention due to the decrease prospect on fossil fuel reserves and environmental risks associated with gas emissions. Considering feedstocks with high content of free fatty acids for the biodiesel production that has been commonly used is the transesterification route, which can be affected by saponification. Thus, this work presents results obtained from the non-catalytic esterification route of fatty acid with ethanol. Lauric acid was used, found in oleaginous, and anhydrous ethanol, nationally feedstock and renewable. Kinetic reactions were performed in a Parr reactor (Parr 4848 controller), 50 mL volume with heating jacket through electrical and mechanical stirring (fixed at 260 rpm). It was observed the effects of variables: ethanol to fatty acid molar ratio (3:1 and 6:1) and temperature (120 °C, 150 °C, 180 °C, 200 °C and 250 °C). Good conversions of ethyl ester (77.7 % at 200 oC and 87.8 % at 250 oC) were achieved at ethanol to lauric acid molar ratio of 6:1 and in relatively short reaction times (120 min). The experimental data were correlated using a first order kinetic model based on mass balance. In this work, equilibrium conversion considering the reaction was also predicted. The nonideality of liquid phase (reaction phase) was predicted using the UNIFAC model to activity coefficient calculations. Good agreements of experimental data with the calculated value with the proposed kinetic and thermodynamic models were obtained.