Thesis (M. Phil.)--University of Hong Kong, 2001. / Includes bibliographical references (leaves 72-80).

Because of the depletion of the world’s petroleum reserves and the increasing environmental concerns, biodiesel, as a low-emission renewable fuel and one of the best substitutes for petro-diesel fuel, has attracted great public interest over the past decades. At present, camelina oil has been considered as a low-cost feedstock for biodiesel production because of its high oil content and environmental benefits. In the present study, the optimization of biodiesel production and purification from camelina oil is studied extensively in order to maximize the biodiesel yield. The orthogonal array design is used to optimize the biodiesel production and four relevant process conditions for affecting biodiesel yield are investigated: methanol to oil ratio, catalyst concentration, reaction time and temperature. For the optimization study on biodiesel purification, five commonly used washing methods are also investigated: cold deionized water washing, hot deionized water washing, phosphoric acid washing, ultrasonic assisted washing, and magnesol washing. The optimization study, based on traditional mechanical stirring process, reveals that the decreasing ranking of significant factors for biodiesel production is catalyst concentration > reaction time > reaction temperature > methanol to oil ratio. The maximum biodiesel yield is found at a molar ratio of methanol to oil of 8:1, a reaction time of 70 min, a reaction temperature of 50℃, and a catalyst concentration of 1 wt.%. After testing the fuel properties of the final product, the optimized biodiesel meets the relevant requirements of the biodiesel standards and thus can be used as a qualified fuel for diesel engines. The optimization study, based on ultrasonic-assisted transesterification process, reveals that the maximal fatty acid methyl ester yield of the final biodiesel product is obtained under a methanol to oil molar ratio of 8:1, catalyst concentration of 1.25 wt.%, reaction time of 50 min and reaction temperature of 55 ℃. Compared with traditional mechanical stirring production process, ultrasonic-assisted transesterification process improves the biodiesel production since it could reduce the production cost and save energy. For the optimization study on biodiesel purification, the fatty acid methyl ester yield of the final biodiesel product, energy consumption and economic costs of different washing methods are compared. The comparisons indicate that the ultrasonic assisted washing method is the best method for biodiesel purification, when energy consumption and operation costs are considered. A preliminary kinetics study of transesterification reaction of camelina oil is carried out. After discussing four cases for overall reaction, a third-order reaction mechanism was proposed to fit the experimental data better because of the highest coefficient of determination. Based on the best-fit plot, the rate constants and activation energy are also determined. To sum up, the present research focuses on the optimization of biodiesel production and purification from camelina oil, and provides insights into the optimal process conditions for maximizing the biodiesel yield. Further research works are finally recommended to be continued. / published_or_final_version / Mechanical Engineering / Doctoral / Doctor of Philosophy

Thesis (M. A. Sc.)--Dalhousie University, 2005. / Includes bibliographical references (p. 104-108 of photocopy). Abstract and 24 page preview available online.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, 2008. / Submitted by Natália Cristina Ramos dos Santos (nataliaguilera3@hotmail.com) on 2009-09-15T12:10:00Z No. of bitstreams: 1 2008_ElaineAlvesdeFaria.pdf: 1550215 bytes, checksum: a425bc383ade52dca3ddaaeff1480576 (MD5) / Approved for entry into archive by Gomes Neide(nagomes2005@gmail.com) on 2010-02-12T18:44:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_ElaineAlvesdeFaria.pdf: 1550215 bytes, checksum: a425bc383ade52dca3ddaaeff1480576 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-02-12T18:44:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_ElaineAlvesdeFaria.pdf: 1550215 bytes, checksum: a425bc383ade52dca3ddaaeff1480576 (MD5) Previous issue date: 2008 / Sólidos ácidos e básicos micro e nanoestruturados foram sintetizados e aplicados em reação de transesterificação de óleo de soja para produção de biodiesel usando metanol. Os catalisadores ácidos Si/Zr foram sintetizados por duas rotas distintas, a fim de obter um material com mesoporos hexagonais direcionados (SiZrD) e não direcionados (SiZr). Os catalisadores básicos foram obtidos por imobilização de tetrametilguanidina em sílica gel através de duas rotas sintéticas, obtendo sílica mesoporasa hexagonal (CatGD) e sílica amorfa (CatG). Dados de FTIR, 13C e 29Si RMN, difração de raios-X confirmaram o sucesso das sínteses propostas. Imagens MEV para o CatGD mostraram uma estrutura polidispersa com nanopartículas inferiores a 100 nm, e para o CatG microesferas bastante uniformes com dimensões de 1 μm. SiZrD e SiZr apresentaram partículas dispersas bastante homogêneas com diâmetro 100 nm e 200 nm, respectivamente. Todos os materiais apresentaram excelente atividade catalítica para produção de biodiesel a partir de transesterificação de óleo de soja. Os catalisadores apresentaram rendimentos em 3 h de reação a 800C de 68,0%, 86,0%, 62,0% e 96,0%, respectivamente para CaGD, CatG, SiZrD e SiZr. Todos os catalisadores foram recuperados e reutilizados por mais oito vezes, e todos os materiais mantiverem sua atividade catalítica, o que comprova a grande versatilidade e a viabilidade destes sólidos catalisadores. ___________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Acid and basic micro and nanostructured solids were synthesized and applied to the transesterification reactions of soybean oil for biodiesel production. Acidic solid catalysts Si/Zr were synthesized by two distinct routes in order to obtain a material with controlled hexagonal mesoporous (SiZrD) and an other with uncontrolled porous diameter (SiZr). Basic solid catalysts were obtained by immobilization of tetramethylguanide on silica gel through two routes, thus preparing to obtain controlled hexagonal mesoporous silica (CatGD) and amorphous silica (CatG) catalysts. FTIR, 13C and 29Si NMR, and X-ray diffraction confirmed the success of the synthesis. SEM images showed that the CatGD structure presented polydispersed nanoparticles smaller than 100 nm, and CatG presented highly uniform microspheres, with particle sizes of the individual particles about 1 μ m. Images ofSiZrD and SiZr showed particles that are homogeneously dispersed with mean particle diameters 100 nm and 200 nm, respectively. All materials showed excellent catalytic activity in producing biodiesel from the transesterification of soybean oil. The yields in 3 h of reaction at 800C were 68.0%, 86.0%, 62.0% and 96.0% for CaGD, CatG, SiZrD and SiZr catalysts, respectively. All catalysts were recovered and reused more than eight times, and all materials maintained their catalytic efficiencies, which attests to the great versatility and viability of these solid catalysts.

Neste trabalho realizou-se a otimização da metodologia TDSP (Transesterification Double Step Process) para produção de biodiesel. Para realizar o aprimoramento do processo, estudou-se a influência de oito parâmetros sobre a conversão dos triglicerídeos em ésteres metílicos, sendo eles: razão molar álcool/óleo e catalisador/óleo, temperatura e tempo de reação, para as duas etapas (catálise básica e ácida). Definidas as quantidades ótimas a serem utilizadas, passou-se para a síntese de biodiesel a partir do processo modificado utilizando-se três diferentes óleos: soja, linhaça e residual de frituras. A conversão foi calculada através da espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio. Para avaliar a qualidade do biodiesel produzido foi realizado um conjunto de dezesseis análises físico-químicas de acordo com metodologia determinada pela ANP. Como o produto sem tratamento não atingiu as especificações em boa parte dos parâmetros, foram estudados três processos de purificação: lavagem com água, adsorção com Celite® e adsorção com CCA. Concomitantemente, os dados obtidos a partir das sínteses em laboratório foram utilizados para o projeto de planta piloto seguindo a metodologia proposta. O processo modificado resultou em altos graus de conversão em biodiesel (97% para óleo de fritura e 99% para óleo de soja e de linhaça) e rendimentos significativamente elevados (αfritura: 86±5%, soja: 91 ±3% e α linhaça: 92 ±3%), para reações realizadas em escala laboratorial. A lavagem demonstrou ser o processo de purificação mais eficiente O biodiesel lavado atende todas as especificações impostas pela ANP anteriormente a adição de antioxidantes. Apesar da necessidade de algumas alterações e adaptações no projeto original da planta piloto para finalização dos testes, pode-se dizer que este procedimento grande potencial para produção de biodiesel, comprovando a aplicabilidade industrial do processo proposto. / This work was carried out to improve the Transesterification Double Step Process (TDSP) methodology for biodiesel production. To achieve the process’ improvement, the influence of eight parameters over the conversion of triglycerides into methyl esters were studied, which are: alcohol/oil and catalyst/oil molar ratio, reaction temperature and time, for both steps (basic and acid catalysis). Defined the optimum amounts to be used, biodiesel were synthesized using the modified process from three different oils: soybean, linseed and waste cooking. The conversion was calculated by means of Hydrogen Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy. To assess the quality of produced biodiesel a set of sixteen physical-chemical analyses were carried out in accordance with an ANP methodology. As the product without treatment did not reach the specifications in most of the parameters, three purification processes were studied: washing with water, Celite® adsorption and rice hull ash adsorption. Concurrently, the data obtained from the syntheses in the laboratory were used for the design of a pilot plant accordingly to the proposed methodology. The modified process resulted in high conversion degrees to biodiesel (97% for waste cooking oil and 99% for soybean and linseed oils) and significantly high yieldings (αwaste cooking: 86±5%, αsoybean: 91±3% e αlinseed: 92±3%), for the laboratory scale reactions. The washing demonstrated being the most efficient purification process. The washed biodiesel meets all ANP specifications before the antioxidant addition. In despite the needing of some changes and adjustments in the original pilot plant project for completion of testing, can be said that this procedure presents great potential for biodiesel production, testifying the industrial applicability of the proposed process.

Este trabalho tem como objetivo estudar o uso de um resíduo industrial que é a gordura animal para produção de biodiesel metílico usando catálise alcalina. Embora o sebo bovino não seja considerado como fonte renovável de energia, comparado com as oleaginosas, e sim um resíduo industrial, o mesmo desperta grande interesse dos produtores de biodiesel. Além destas vantagens, quando se faz uso de gordura de origem animal tem-se um aspecto ambiental a mais que é o aproveitamento de matérias-primas residuais como biocombustíveis que embora não sejam consideradas fontes renováveis, são resíduos que jogados na natureza se transformam em poluentes de grande demanda de oxigênio. O estudo foi inicialmente feito em laboratório e posteriormente construiu-se uma planta-piloto semi-industrial com capacidade de 800 L dia-1 de biodiesel (com metanol e hidróxido de potássio), sendo o biodiesel aprovado dentro das normas da Resolução 42 da ANP. O biodiesel produzido na planta piloto foi testado em misturas biodiesel/diesel com percentual de 20 %, 30 % e 40 % em motores automotivos Ciclo Diesel (caminhão e automóvel), com resultados plenamente satisfatórios e em todas as estações do ano. Todos os experimentos e testes foram realizados também com óleo de frango, indicando que também esta gordura animal é passível de ser usada na produção de biodiesel, embora com uma conversão um pouco menor. Na terceira etapa deste trabalho elaborou-se uma proposta de planta industrial com capacidade de 20.000 L dia-1, trabalhando com qualquer tipo de gordura, com modificações em vários parâmetros como recuperação de metanol, utilização de centrifuga para acelerar o processo de produção. Também pelos aspectos técnicos o biodiesel produzido atinge aos principais parâmetros de qualidade, com exceção de algumas propriedades, como ponto de entupimento de filtro a frio e viscosidade cinemática, os quais podem ser ajustados através da diluição do biodiesel em diesel petroquímico. / The goal of this work is the research in the use of an industrial waste (animal fat) in the biodiesel production with methanol and alkaline catalyst. Although the bovine fat is not considered as renewable source of energy, if compared to oleaginous ones, but an industrial residue, the interest in its use in the of biodiesel has increased in the last years. Besides these advantages, when it is made use of animal fat, an important environmental aspect is the use of a residual raw material as biofuel that, although it is not considered a renewable source, its use plays an important role in the reduction of pollution. The study initially was made in a laboratory scale and after this, it was constructed a semi industrial pilot-plant with a capacity of 800 L day-1 of biodiesel (with methanol and potassium hydroxide), being also obtained a biodiesel that was approved according to the norms of the ANP Resolution 42. The produced biodiesel was tested in blends with 20%, 30% and 40% of biodiesel in mineral diesel were used in automotive motors (truck and car) with highly satisfactory results in any season. Similar tests were made with the chicken oil and these confirm the efficiency of the production process and the quality of the product, in spite the low mass yield. The third step was a theoretical proposal of an industrial plant of biodiesel production with a daily capacity of 20,000 liters, with few modifications in several parameters as the recovery of the excess of methanol and the utilization of a centrifuge in the separation of mixtures and for any kind of fat (also called flex).The results show that is economically feasible the production of biodiesel from animal fats, by using the alkaline methanolic route. Also by the technical aspects, the biodiesel arrives the main quality parameters of the Brazilian specification, except for the plugging point and the kinematic viscosity, which can be adjusted through the dilution in mineral diesel.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-08-13Bitstream added on 2014-06-13T19:05:50Z : No. of bitstreams: 1 ribeiro_lfts_dr_guara.pdf: 502219 bytes, checksum: edbe7b865a1d13c31d74e91bf24a6dda (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este estudo avalia um sistema de aproveitamento de resíduo de biodiesel para produzir um novo combustível. O resíduo considerado na análise foi resultante de um biodiesel produzido a partir de óleo de soja, ambos produzidos com álcool e catalisador via processo biossônico. Para tanto, são aplicadas ao sistema de produção do biodiesel algumas metodologias para recuperação e reaproveitamento dos resíduos de maneira a viabilizar a produção deste novo combustível. Esta mistura contabilizou em sua análise tanto os recursos econômicos quanto os ecológicos. Os processos naturais, agrícolas e industriais empregados na produção do biodiesel, inclusive, os poluentes emitidos, são avaliados quanto ao impacto provocados na natureza. Dentre as maiores vantagens do biodiesel podem ser citadas a redução das emissões globais de dióxido de carbono (CO2) e suas conseqüências para o efeito estufa. Por outro lado, o custo de produção do biodiesel pode ser considerado o maior obstáculo para sua comercialização. O objetivo deste trabalho é utilizar um resíduo como combustível, puro ou a partir da mistura dos resíduos com álcool. A possibilidade de reaproveitar estes resíduos pode ser uma nova alternativa para uso em equipamentos de queima, bem como, na redução da emissão de poluentes / This study evaluated a system of production residue to produce a new biodiesel fuel. The residue was considered in the analysis of the resulting biodiesel an from waste of soybean oil, both alcohol and catalyst produced through the biosonic process. For both, were applied the system of production of biodiesel some methodologies for the recovery and reuse of waste so as to enable the production of a new fuel. This mixture recorded in its analysis both the ecological and economic resources. Natural processes, agricultural and industrial used in the production of biodiesel, including pollutants were evaluated the impact caused in nature. Among the biggest advantages of the biodiesel can be cited the reduction of global emissions of carbon dioxide (CO2) and its consequences for the greenhouse effect. On the other hand, the production cost of biodiesel can be considered the biggest obstacle to its commercialization. The objective of this study was to develop a fuel mixture from the final residues from the production of biodiesel with alcohol. The possibility of reusing these wastes can be a new alternative for using in burning equipments, as well as in reducing emissions

Este trabalho tem como objetivo estudar o uso de um resíduo industrial que é a gordura animal para produção de biodiesel metílico usando catálise alcalina. Embora o sebo bovino não seja considerado como fonte renovável de energia, comparado com as oleaginosas, e sim um resíduo industrial, o mesmo desperta grande interesse dos produtores de biodiesel. Além destas vantagens, quando se faz uso de gordura de origem animal tem-se um aspecto ambiental a mais que é o aproveitamento de matérias-primas residuais como biocombustíveis que embora não sejam consideradas fontes renováveis, são resíduos que jogados na natureza se transformam em poluentes de grande demanda de oxigênio. O estudo foi inicialmente feito em laboratório e posteriormente construiu-se uma planta-piloto semi-industrial com capacidade de 800 L dia-1 de biodiesel (com metanol e hidróxido de potássio), sendo o biodiesel aprovado dentro das normas da Resolução 42 da ANP. O biodiesel produzido na planta piloto foi testado em misturas biodiesel/diesel com percentual de 20 %, 30 % e 40 % em motores automotivos Ciclo Diesel (caminhão e automóvel), com resultados plenamente satisfatórios e em todas as estações do ano. Todos os experimentos e testes foram realizados também com óleo de frango, indicando que também esta gordura animal é passível de ser usada na produção de biodiesel, embora com uma conversão um pouco menor. Na terceira etapa deste trabalho elaborou-se uma proposta de planta industrial com capacidade de 20.000 L dia-1, trabalhando com qualquer tipo de gordura, com modificações em vários parâmetros como recuperação de metanol, utilização de centrifuga para acelerar o processo de produção. Também pelos aspectos técnicos o biodiesel produzido atinge aos principais parâmetros de qualidade, com exceção de algumas propriedades, como ponto de entupimento de filtro a frio e viscosidade cinemática, os quais podem ser ajustados através da diluição do biodiesel em diesel petroquímico. / The goal of this work is the research in the use of an industrial waste (animal fat) in the biodiesel production with methanol and alkaline catalyst. Although the bovine fat is not considered as renewable source of energy, if compared to oleaginous ones, but an industrial residue, the interest in its use in the of biodiesel has increased in the last years. Besides these advantages, when it is made use of animal fat, an important environmental aspect is the use of a residual raw material as biofuel that, although it is not considered a renewable source, its use plays an important role in the reduction of pollution. The study initially was made in a laboratory scale and after this, it was constructed a semi industrial pilot-plant with a capacity of 800 L day-1 of biodiesel (with methanol and potassium hydroxide), being also obtained a biodiesel that was approved according to the norms of the ANP Resolution 42. The produced biodiesel was tested in blends with 20%, 30% and 40% of biodiesel in mineral diesel were used in automotive motors (truck and car) with highly satisfactory results in any season. Similar tests were made with the chicken oil and these confirm the efficiency of the production process and the quality of the product, in spite the low mass yield. The third step was a theoretical proposal of an industrial plant of biodiesel production with a daily capacity of 20,000 liters, with few modifications in several parameters as the recovery of the excess of methanol and the utilization of a centrifuge in the separation of mixtures and for any kind of fat (also called flex).The results show that is economically feasible the production of biodiesel from animal fats, by using the alkaline methanolic route. Also by the technical aspects, the biodiesel arrives the main quality parameters of the Brazilian specification, except for the plugging point and the kinematic viscosity, which can be adjusted through the dilution in mineral diesel.

Neste trabalho realizou-se a otimização da metodologia TDSP (Transesterification Double Step Process) para produção de biodiesel. Para realizar o aprimoramento do processo, estudou-se a influência de oito parâmetros sobre a conversão dos triglicerídeos em ésteres metílicos, sendo eles: razão molar álcool/óleo e catalisador/óleo, temperatura e tempo de reação, para as duas etapas (catálise básica e ácida). Definidas as quantidades ótimas a serem utilizadas, passou-se para a síntese de biodiesel a partir do processo modificado utilizando-se três diferentes óleos: soja, linhaça e residual de frituras. A conversão foi calculada através da espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio. Para avaliar a qualidade do biodiesel produzido foi realizado um conjunto de dezesseis análises físico-químicas de acordo com metodologia determinada pela ANP. Como o produto sem tratamento não atingiu as especificações em boa parte dos parâmetros, foram estudados três processos de purificação: lavagem com água, adsorção com Celite® e adsorção com CCA. Concomitantemente, os dados obtidos a partir das sínteses em laboratório foram utilizados para o projeto de planta piloto seguindo a metodologia proposta. O processo modificado resultou em altos graus de conversão em biodiesel (97% para óleo de fritura e 99% para óleo de soja e de linhaça) e rendimentos significativamente elevados (αfritura: 86±5%, soja: 91 ±3% e α linhaça: 92 ±3%), para reações realizadas em escala laboratorial. A lavagem demonstrou ser o processo de purificação mais eficiente O biodiesel lavado atende todas as especificações impostas pela ANP anteriormente a adição de antioxidantes. Apesar da necessidade de algumas alterações e adaptações no projeto original da planta piloto para finalização dos testes, pode-se dizer que este procedimento grande potencial para produção de biodiesel, comprovando a aplicabilidade industrial do processo proposto. / This work was carried out to improve the Transesterification Double Step Process (TDSP) methodology for biodiesel production. To achieve the process’ improvement, the influence of eight parameters over the conversion of triglycerides into methyl esters were studied, which are: alcohol/oil and catalyst/oil molar ratio, reaction temperature and time, for both steps (basic and acid catalysis). Defined the optimum amounts to be used, biodiesel were synthesized using the modified process from three different oils: soybean, linseed and waste cooking. The conversion was calculated by means of Hydrogen Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy. To assess the quality of produced biodiesel a set of sixteen physical-chemical analyses were carried out in accordance with an ANP methodology. As the product without treatment did not reach the specifications in most of the parameters, three purification processes were studied: washing with water, Celite® adsorption and rice hull ash adsorption. Concurrently, the data obtained from the syntheses in the laboratory were used for the design of a pilot plant accordingly to the proposed methodology. The modified process resulted in high conversion degrees to biodiesel (97% for waste cooking oil and 99% for soybean and linseed oils) and significantly high yieldings (αwaste cooking: 86±5%, αsoybean: 91±3% e αlinseed: 92±3%), for the laboratory scale reactions. The washing demonstrated being the most efficient purification process. The washed biodiesel meets all ANP specifications before the antioxidant addition. In despite the needing of some changes and adjustments in the original pilot plant project for completion of testing, can be said that this procedure presents great potential for biodiesel production, testifying the industrial applicability of the proposed process.

Orientador: João Andrade de Carvalho Junior / Coorientador: Christian R. Coronado / Banca: Luiz Roberto Carrocci / Banca: José Nédilo Carrinho de Castro / Banca: Marco Antonio Rosa do Nascimento / Banca: Genésio José Menon / Resumo: Este estudo avalia um sistema de aproveitamento de resíduo de biodiesel para produzir um novo combustível. O resíduo considerado na análise foi resultante de um biodiesel produzido a partir de óleo de soja, ambos produzidos com álcool e catalisador via processo biossônico. Para tanto, são aplicadas ao sistema de produção do biodiesel algumas metodologias para recuperação e reaproveitamento dos resíduos de maneira a viabilizar a produção deste novo combustível. Esta mistura contabilizou em sua análise tanto os recursos econômicos quanto os ecológicos. Os processos naturais, agrícolas e industriais empregados na produção do biodiesel, inclusive, os poluentes emitidos, são avaliados quanto ao impacto provocados na natureza. Dentre as maiores vantagens do biodiesel podem ser citadas a redução das emissões globais de dióxido de carbono (CO2) e suas conseqüências para o efeito estufa. Por outro lado, o custo de produção do biodiesel pode ser considerado o maior obstáculo para sua comercialização. O objetivo deste trabalho é utilizar um resíduo como combustível, puro ou a partir da mistura dos resíduos com álcool. A possibilidade de reaproveitar estes resíduos pode ser uma nova alternativa para uso em equipamentos de queima, bem como, na redução da emissão de poluentes / Abstract: This study evaluated a system of production residue to produce a new biodiesel fuel. The residue was considered in the analysis of the resulting biodiesel an from waste of soybean oil, both alcohol and catalyst produced through the biosonic process. For both, were applied the system of production of biodiesel some methodologies for the recovery and reuse of waste so as to enable the production of a new fuel. This mixture recorded in its analysis both the ecological and economic resources. Natural processes, agricultural and industrial used in the production of biodiesel, including pollutants were evaluated the impact caused in nature. Among the biggest advantages of the biodiesel can be cited the reduction of global emissions of carbon dioxide (CO2) and its consequences for the greenhouse effect. On the other hand, the production cost of biodiesel can be considered the biggest obstacle to its commercialization. The objective of this study was to develop a fuel mixture from the final residues from the production of biodiesel with alcohol. The possibility of reusing these wastes can be a new alternative for using in burning equipments, as well as in reducing emissions / Doutor