Orientador : Dr. Carlos Roberto Sanquetta / Co-orientadores : Dra. Graciela Ines Bolzon de Muñiz, Dr. José Roberto Canziani / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Curso de Pós-Graduação Interinstitucional em Bioenergia. Defesa: Curitiba, 2015 / Inclui referências : f. 77-83 / Resumo: O objetivo deste estudo é determinar a viabilidade econômica de uma unidade de produção de biodiesel que utiliza a soja como matéria prima. O setor do biodiesel é relativamente novo na economia brasileira. Iniciou-se com o Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB), lançado em dezembro de 2004 pelo governo federal com base nos estudos do Grupo de Trabalho Interministerial (GTI). Estabeleceram-se os parâmetros da unidade produtora de biodiesel para o levantamento dos custos e necessidades de investimento. Analisou-se a série histórica dos preços da soja em grãos, do farelo de soja e do biodiesel. Identificaram-se os fluxos do processo agrícola de produção da soja, e os processos industriais da extração do óleo da soja e da produção final do biodiesel. Elaborou-se o projeto financeiro para a unidade de produção de biodiesel. Os resultados mostraram-se favoráveis em relação à TIR, VPL e Payback. A rentabilidade da unidade industrial de produção de biodiesel analisada é de 22,71% ao ano, valor este somente é possível se os valores recebidos forem aplicados à mesma taxa. O VPL foi calculado utilizando-se a taxa de referência da economia brasileira correspondente a 6,17% a.a. e obteve-se o resultado aproximado de R$ 55 milhões positivos, ou seja, é um investimento rentável. No Payback chegou a 3 anos e 1 mês, o que significa que o investidor terá o retorno esperado do investimento, mesmo que haja alta da commodity soja e mantendo-se as atuais políticas brasileiras para o biodiesel. O Ebitda resultou em 15,30% e este ganha importância apenas no resultado final da empresa. Quanto maior é o indicador do Ebitda melhor será o resultado financeiro da empresa. Estes valores são obtidos presumindo-se que a unidade de produção de biodiesel trabalhe em plena capacidade e toda a sua produção seja comercializada. O principal fator de restrição do setor de biodiesel no mercado brasileiro atualmente são os leilões da ANP que controlam a demanda. Palavras chave: Biodiesel. Viabilidade Econômica. Soja. / Abstract: The objective of this study is to determine the economic feasibility of a biodiesel plant that uses soybean as raw material. The biodiesel sector is relatively new in the Brazilian economy. It began with The National Program of Production and Use of Biodiesel launched in December 2004 by the Federal Government based on studies of the Inter-Ministerial Work Group. Parameters for the biodiesel production plant were pre-established to calculate the costs and investment necessary. The historical prices for soybeans, soybean meal and biodiesel was analyzed. The flows of the agriculture process of soybean production and the industrial processes of soybean oil extraction and the final biodiesel production were identified. The financial project for the biodiesel production plant was prepared. The results obtained are favorable regarding IRR, NPV and Payback. The profitability of the industrial biodiesel production plant analyzed is 22.71% per year, value that is only possible if values received have the same rate applied. The NPV calculated was using the reference rate of the Brazilian economy, which is 6.17% per year, and the result obtained is approximately a positive R$ 55 million, so it is a profitable investment. The payback is in 3 years and 1 month, meaning that the investors will have the expected returns, even if there is an increase in the soybean commodity, and maintaining the current Brazilian policies for biodiesel. The resulting Ebitda is 15.30%, this gains importance only on the company's outcomes. The higher the Ebitda index, the better are the final results of the companies. These are values obtained assuming that the biodiesel production plant works at full capacity and that all of the production is sold. The main factor that currently restricts the biodiesel sector in the Brazilian market is the biodiesel auction of the National Petroleum Agency, which controls demand. Keywords: Biodiesel, economic feasibility, soybeans.

Resumo: O objetivo deste trabalho é investigar a purificação de biodiesel utilizando o dióxido de carbono pressurizado no meio pós reação formado por diacilglicerol e monoacilglicerol, biodiesel (ésteres metílicos de ácidos graxos), de sódio, glicerol e metanol. Uma determinada quantidade de dióxido de carbono é injetada em uma célula de equilíbrio de alta pressão que contém a mistura (biodiesel cru). A célula é então pressurizada a temperatura constante. Duas fases são formadas no final do processo. Por meio de uma válvula de via única, é retirada a amostra da fase mais leve e o seu conteúdo em diacilglicerol, monoacilglicerol, glicerol, biodiesel, sódio e metanol foi determinado utilizando a cromatografia de permeação em gel (GPC) e a cromatografia gasosa (GC). Os resultados são, então, comparados com a purificação convencional de biodiesel. A influência de varáveis tais como a pressão, , a temperatura e quantidade de de dióxido de carbono são investigados através de um planejamento fatorial. A faixa de pressão investigada varia de 6 a 12 MPa, com a temperatura variando de 298 K (ambiente) a 323 K. A quantidade de dióxido de carbono injetado no biodiesel cru foi variado de 20 a 50 por cento em massa. A caracterização das amostras foi feita de acordo com as normas, características padrões da ANP (Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis). Os resultados mostram que o processo é capaz de produzir um biodiesel com uma redução significativa dos níveis de diacilglicerol, de monoacilglicerol, de sódio, de glicerol e de metanol, levando a um biodiesel (ésteres metílicos de ácidos graxos) com grau de pureza compatível com as normas da ANP. A temperatura é a variável que mais afeta a purificação do biodiesel, enquanto a concentração de dióxido de carbono e que a pressão tem um efeito menor. A melhor condição foi obtida a baixa temperatura.

Orientador : Prof. Dr. Fernando A. Pedersen Voll / Coorientador : Prof. Dr. Marcos Lúcio Corazza / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 18/02/2016 / Inclui referências : f.41-45 / Resumo: Estudos relacionados à produção de biodiesel têm ganhado destaque no cenário atual, entretanto, apesar das contínuas melhorias nas técnicas de produção, o custo do biodiesel ainda é maior do que o diesel derivado do petróleo e isso tem sido um grande obstáculo para a sua comercialização. Uma das maneiras mais utilizadas para reduzir o custo de um processo concentra-se em minimizar o custo da matéria-prima, e, por esse motivo, o presente projeto teve como foco a utilização de óleo residual de fritura doméstica e também a água subcrítica como reagentes, em uma reação que dispensa o uso de solvente ou catalisador na produção de ácidos graxos livres. As reações de hidrólise do óleo de soja (refinado, utilizado em uma fritura e utilizado em vários ciclos de fritura) foram feitas em reator Parr® com capacidade de 100 mL em temperaturas entre 250 e 275 °C. A quantificação dos ácidos graxos livres foi realizada por meio de técnica titulométrica. Um modelo semiempírico foi utilizado para se ajustar aos dados experimentais de hidrólise do óleo refinado e do óleo utilizado em uma fritura, com um erro médio absoluto de 2,74%. Dados calculados a partir do modelo matemático foram comparados com dados experimentais obtidos para o óleo utilizado em várias frituras com erro médio absoluto de 5,36%. Foi verificado que, no equilíbrio da reação, o rendimento em ácidos graxos livres obtido com o uso do óleo residual de várias frituras foi levemente maior em relação ao que foi obtido com o óleo usado em uma fritura e o óleo refinado. Este resultado indica o uso potencial de uma matéria-prima menos nobre do que o óleo de soja refinado na produção de ácidos graxos livres, os quais podem ser utilizados para a obtenção de biodiesel por processos de esterificação. Palavras-chave: hidrólise, óleo de soja, água subcrítica, fritura. / Abstract: Related studies at biodiesel production have gained prominence in the current scenario, however, despite the continuous improvements in production techniques, the cost of biodiesel is even greater than the petroleum-based diesel and this has been a major obstacle to their marketing. One of the most commonly used ways to reduce the cost of a process focuses on minimizing the cost of raw materials, and for this reason, the present project has focused on the use of residual oil of domestic frying and also the subcritical water as reagent in a reaction that eliminates the use of solvent or catalyst in the production of free fatty acids. The soybean oil hysrolysis reactions (refined, used in a fryinh and used in several cycles of frying) were carried out in Parr® reactor of 100 mL capacity at temperatures between 250 and 275 °C. The quantification of free fatty acids was performed by titrimetric technique. A semiempirical model was used to fit the experimental data hydrolysis of refined oil and oil used in a frying, with an average absolute error of 2.74%. Data calculated from the mathematical model were compared with experimental data obtained for the oil used in many fried foods with mean absolute error of 5.36%. It was observed that the equilibrium of the reaction, the yield of free fatty acids obtained with the use of residual soybean oil used in several frying was slightly higher compared to that obtained with the soybean oil used in one frying and refined soybean oil. This result indicates the potential use of a less noble material that refined soybean oil in the production of free fatty acids, which can be used for obtaining biodiesel by esterification processes. Keywords: hydrolysis, soybean oil, subcritical water, frying.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:09:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FatimaRDF_TESE.pdf: 1276993 bytes, checksum: e49848d3c2dd72aa79cb38ebe1d84d84 (MD5) Previous issue date: 2012-11-26 / Since the beginning of the National Program for Production and Use of Biodiesel in Brazil, in 2004, different raw materials were evaluated for biodiesel production, trying to combine the agricultural diversity of the country to the desire to reduce production coasts. To determine the chemical composition of biodiesel produced from common vegetables oils, international methods have been used widely in Brazil. However, for analyzing biodiesel samples produced from some alternative raw materials analytical problems have been detected. That was the case of biodiesel from castor oil. Due the need to overcome these problems, new methodologies were developed using different chromatographic columns, standards and quantitative methods. The priority was simplifying the equipment configuration, realizing faster analyses, reducing the costs and facilitating the routine of biodiesel research and production laboratories. For quantifying free glycerin, the ethylene glycol was used in instead of 1,2,4-butanetriol, without loss of quality results. The ethylene glycol is a cheaper and easier standard. For methanol analyses the headspace was not used and the cost of the equipment used was lower. A detailed determination of the esters helped the deeper knowledge of the biodiesel composition. The report of the experiments and conclusions of the research that resulted in the development of alternative methods for quality control of the composition of the biodiesel produced in Brazil, a country with considerable variability of species in agriculture, are the goals of this thesis and are reported in the following pages / No Brasil, desde o in?cio do Programa Nacional de Produ??o e Uso do Biodiesel, em 2004, diversas mat?rias primas foram avaliadas para a sua produ??o, tentando aliar a diversidade agr?cola do pa?s ao desejo de diminuir os custos de produ??o. Para determinar a composi??o qu?mica de amostras de biodiesel produzidas a partir dos ?leos mais comuns, os m?todos internacionais t?m sido largamente utilizados no Brasil. Por?m, para an?lises de biodiesel produzido a partir de algumas mat?rias primas alternativas, alguns problemas anal?ticos foram detectados. Esse foi o caso do biodiesel de mamona. Devido ? necessidade de contornar esses problemas, novas metodologias foram desenvolvidas, utilizando colunas cromatogr?ficas, padr?es e diferentes m?todos para quantifica??o, privilegiando a sempre simplifica??o dos equipamentos, a realiza??o de an?lises mais r?pidas, diminuindo os custos e facilitando a rotina dos laborat?rios de pesquisas e de produ??o do biodiesel. No caso das an?lises para quantifica??o da glicerina livre, o etilenoglicol, padr?o muito mais barato e de f?cil aquisi??o, foi utilizado no lugar do 1,2,4-butanotriol, sem perda da qualidade dos resultados. Nas an?lises do metanol a n?o utiliza??o do headspace, diminuiu os custos do equipamento utilizado. A determina??o detalhada dos ?steres presentes ajudou o conhecimento mais profundo da composi??o de amostras de biodiesel provenientes de mat?rias primas alternativas. O relato dos experimentos e as conclus?es das pesquisas que resultaram no desenvolvimento de metodologias alternativas para controle de qualidade da composi??o do biodiesel produzido no Brasil, pa?s com enorme variabilidade de esp?cies na agricultura, s?o os objetivos dessa tese e est?o relatados nas p?ginas seguintes

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-23T20:34:24Z No. of bitstreams: 1 ALYSON SILVESTRE SANTIAGO – DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2014.pdf: 1626315 bytes, checksum: a4f283a010ca8f77bb130e704407b33c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-23T20:34:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ALYSON SILVESTRE SANTIAGO – DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2014.pdf: 1626315 bytes, checksum: a4f283a010ca8f77bb130e704407b33c (MD5) Previous issue date: 2014-12-18 / A produção de biocombustíveis no Brasil tem atingido patamares elevados, levando o país a ganhar destaque em nível mundial, no que se refere à produção e desenvolvimento de energias renováveis, incluindo definitivamente os biocombustíveis na matriz energética do país. Este trabalho tem como objetivo avaliar a peneira molecular CTA+-MCM-41 na reação de transesterificação do óleo de soja através da rota metílica, utilizando catálise heterogênea para produzir o biodiesel, além de avaliar a dispersão do óxido de magnésio na superfície deste catalisador. A peneira molecular CTA+-MCM-41 é obtida por um processo térmico a 60 °C por 24h utilizando o brometo de cetiltrimetilamônio, o hidróxido de tetrametilamônio, etanol e água deionizada. Para a síntese do gel que deu origem à peneira molecular, foi utilizada a seguinte composição molar: 1TEOS:0,3 CTABr:11NH3:144H2O:40ETOH. O biodiesel foi obtido a partir da reação de transesterificação do óleo de soja por rota metílica, cujas condições de operação seguiram um planejamento experimental 2² com três repetições no ponto central, onde os fatores estudados foram os efeitos das variáveis temperatura e tempo de reação. Para a caracterização dos materiais obtidos, utilizou-se uma combinação de técnicas de Difração de Raios-X e Microscopia Eletrônica de Varredura. Através do DRX pode-se observar a presença dos picos característicos da peneira molecular antes e após os processos de impregnação do metal e sua respectiva calcinação, que comprovaram o não ordenamento do material a longas distâncias no eixo dos canais mesoposoros analisados. Na reação de transesterifição sem a presença do catalisador, obteve-se conversões máximas de 84,1%, tendo sua performance melhorada na presença do CTA+-MCM-41 chegando a conversões próximas a 100%. Diante dos resultados obtidos concluiu-se que os catalisadores sintetizados têm grande potencial na produção de biodiesel. / The production of biofuels in Brazil aims to increase the productivity and development of renewable energy, including biofuels in the country's energy matrix. This work aims to evaluate the molecular sieve CTA+-MCM-41 in the transesterification reaction of soybean oil through the methyl route by using heterogeneous catalysis to produce biodiesel and also to evaluate the dispersion of magnesium oxide on the surface of this catalyst. The molecular sieve CTA+-MCM-41 is obtained by a thermal process at 60 °C for 24 hours, using cetyltrimethylammonium bromide, tetramethylammonium hydroxide, ethanol and deionized water. For synthesize the gel which results in the molecular sieve, the following molar composition was used: 1TEOS:0.3CTABr:11NH3:144H2O:40ETOH. Biodiesel has been obtained by the transesterification reaction of soybean oil through the methyl route, whose operating conditions followed a 22 experimental design with three replicates in the center point, where the investigated factors were the effects of temperature and reaction time variables. For characterization of the obtained materials, a combination of X-Ray Diffraction and Scanning Electron Microscopy techniques was used. Through the XRD, it is possible to observe the presence of the characteristic peaks of the molecular sieve before and after the processes of impregnation of the metal and its respective calcination, which prove the non-ordering of the material at long distances in the axis of the analyzed mesophores channels. At the absence of the catalyst, the conversions were up to 84.1%, with a performance increasing at the presence of the CTA+-MCM-41, reaching values close 100%. Based on the results obtained it was concluded that the synthesized catalysts have a great potential for use in the production of biodiesel.

Orientador: Sandra Imaculada Maintinguer / Banca: Maria Bernadete Amâncio Varesche Silva / Banca: Valeria Reginatto Spiller / Resumo: A produção de biodiesel levou ao aumento do coproduto gerado desse processo, o glicerol bruto, que devido ao seu excesso, tem ganhado interesse nas transformações biotecnológicas visando à formação de produtos com valor agregado, sendo H2 de maior interesse. Este estudo avaliou o potencial da bioconversão do glicerol bruto, proveniente da produção de biodiesel a partir de óleo de cozinha usado, a hidrogênio por meio de consórcios de bactérias anaeróbias fermentativas. O glicerol bruto foi submetido ao pré-tratamento ácido (pH 3,0, HCl 1,0M) para converter sabões solúveis, considerados inibitórios ao crescimento microbiano, à ácidos graxos insolúveis. Consórcios bacterianos provenientes de estação de tratamento de água residual industrial (I) e sanitária (II e III), além da cultura pura Enterobacter sp. (inóculo IV) foram utilizados como inóculos e reativados em meio de cultivo, pH 7,0, a 37°C por 7 dias, sob condições anaeróbias. Para a obtenção de consórcios bacterianos produtores de H2, o pré-tratamento nos inóculos I, II e III foi realizado por meio do choque térmico (100°C por 15 minutos) com posterior enriquecimento por diluições seriais em meio PYG modificado e pH 5,5. Bacilos Gram positivos e formadores de endósporos foram predominantes. Os consórcios enriquecidos que apresentaram melhores desempenhos quanto à geração de H2, (I) e (II), foram utilizados para as realizações de ensaios, em batelada, em proporções crescentes de glicerol bruto pré-tratado. Nos ensaios de g... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The biodiesel production has led to increase co-product generated in this process, the crude glycerol, which due to its excess, has gained interest in the biotechnological transformations for aimed at formation of value-added products, considering H2 the most interest bioproduct. This study evaluated the potential of bioconversion of crude glycerol from the biodiesel production from used cooking oil, to generate hydrogen through consortia of fermentative anaerobic bacteria. The crude glycerol has been subjected to the acid pretreatment (pH 3.0, 1.0M HCl) to convert soluble soaps, considered inhibitory to microbial growth, to insoluble fatty acids. Consortia from sewage treatment of industrial waste (I) and sanitary waste (II and III), and the pure culture Enterobacter sp. (inoculum IV) were used as inocula and reactivated in growth medium, pH 7.0, at 37°C for 7 days, under anaerobic conditions. To obtain H2-producing bacterial consortia, pretreatment in inocula I, II and III was carried through the thermal shock (100°C for 15 minutes) with subsequent enrichment by serial dilutions in modified PYG and pH 5.5. Gram positive bacillis and spores-forming were predominant. The enriched consortia that showed better performances for the H2 generation, (I) and (II), were used for the assays, in batch mode, varying concentrations in increasing proportions of the crude glycerol pretreated. In the H2 generation assays, 20% of the reaction medium was composed of inoculum (I) and (II) sepa... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Jonas Contiero / Banca: Henrique Ferreira / Banca: Marcia Regina Brochetto Braga / Resumo: A crescente preocupação com o meio-ambiente requer alternativas para o consumo de combustíveis fosseis. O biodiesel, por exemplo, foi desenvolvido como alternativa ao óleo diesel mineral. Sua produção é bastante grande e tende a crescer ainda mais. Entretanto, em sua produção, o biodiesel produz glicerol, que necessita de purificação, em um processo bastante caro. Uma alternativa seria a utilização do glicerol bruto para a produção de outros compostos de maior valor, através de fermentação. Nesse caminho, uma das alternativas seria a produção de 1,3-propanodiol (1,3-PDO), um álcool de alto valor industrial, com diversos usos nas diversas áreas industriais, em especial na produção de um polímero similar ao PET, o PTT. A produção de 1,3-PDO a partir de glicerol é conhecida em alguns micro-organismos, como a Klebsiella pneumoniae, por exemplo. O presente trabalho teve por objetivo construir a via de produção de 1,3-PDO, presente em K. pneumoniae, em Escherichia coli geneticamente modificada, para a produção de 1,3-PDO através de um micro-organismo bastante utilizado na industria, utilizando a engenharia metabólica / Abstract: The growing concern with the environment requires the use of alternatives to fossil fuels. Biodiesel, for example, was developed as an alternative to mineral diesel. Its production is quite large and likely to grow even more. However, in its production, biodiesel produces glycerol, which needs purification, in a quite expensive process. An alternative would be the use of raw glycerol to produce other compounds of higher value by fermentation. In this way, an alternative would be the production of 1,3-propanediol (1,3-PDO), an alcohol of high industrial value with many uses in several industrial fields, particularly in the production of a polymer similar to PET, the PTT. The production of 1,3-PDO from glycerol is known in some micro-organisms such as Klebsiella pneumoniae, for example. The present study aimed to build the pathway of the production of 1,3-PDO, present in K. pneumoniae, in Escherichia coli genetically modified, for the production of 1,3-PDO by a micro-organism widely used in industry, using metabolic engineering / Mestre

Orientador: José Eduardo de Oliveira / Banca: Fabíola Manhas Verbi Pereira / Banca: Rodrigo Sequinel / Resumo: A produção de biodiesel a partir de Óleos e Gorduras Residuais (OGR), óleos brutos e outras matérias-primas com acidez elevada e alto teor de umidade, tem se tornado um desafio para a cadeia produtiva de biodiesel. Neste cenário surge como alternativa a hidroesterificação, processo que envolve duas etapas consecutivas: a hidrólise térmica seguida de esterificação o que permite o uso de qualquer matéria-prima graxa. Neste estudo foi avaliada a produção de biodiesel por hidroesterificação de óleo de palma bruto e de OGR. As reações de hidrólise foram conduzidas em reator de bancada de alta pressão e alta temperatura, utilizando-se planejamento fatorial 24 com ponto central. Para estimar os efeitos mais significativos na conversão percentual dos triacilgliceróis em ácidos graxos na reação de hidrólise, as variáveis avaliadas foram: razão molar água/óleo; temperatura; tempo; e velocidade de agitação. Tanto para óleo de palma como para o OGR, os efeitos mais significativos foram a temperatura e o tempo de reação. As condições ótimas obtidas na reação de hidrólise foram: razão molar água/óleo 100:1; temperatura de 250 °C; tempo de reação de 120 min; e agitação de 700 rpm. Os maiores rendimentos obtidos foram para o óleo de palma bruto 86,4% de ácidos graxos, enquanto para o OGR 95,7%. A conversão de ácidos graxos em ésteres metílicos para o óleo de palma bruto foi de 99,1% e para o OGR 98,0%. O processo de hidroesterificação é uma alternativa viável e sustentável na produção de bio... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The biodiesel production from waste cooking oil (WCO), crude oils and other raw materials with high acidity and low content of moisture has become a challenge for the supply chain of biodiesel. Therefore, an alternative to this scenario is the hydroesterification, process that involves two consecutive steps, hydrolyze followed by esterification, that allows the use of any raw fat material. In this study, was investigate the biodiesel production by hydroesterification of the crude palm oil and WCO. The reactions were conducted in a reactor of high pressure and temperature, using a 24 with central point design of experiment. To estimate the most significant effects on the conversion of triacylglycerides of free fatty acids in hydrolyze reaction, the variable water/oil molar ratio; temperature; time and; agitation were analyzed. The most significant effects for hydrolysis where temperature and time. The conditions of the process evaluated as excellent were, 100:1 water/oil molar ratio, 250 °C, 120 min and 700 RPM. In terms of conversion, the best result for palm oil was 86,4% of free fatty acids and for WCO 95,7%. The conversion of fatty acids to methyl ester was 99,1% of the crude palm oil and 98,0% for the WCO. The results of this study showed the hydroesterification process as a viable and sustainable alternative to production of biodiesel, since it facilitates the use of low added value raw materials and recycling of waste oils and fats. Likewise, the process contributes not... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Most biodiesel plants operate batch-wise using homogeneous alkali catalysts. Recently, several heterogeneous catalysts have been suggested in literature, as they have shown potential for overcoming most of the challenges associated with the application of homogeneous catalysts. Previous published techno-economic comparisons of the two technologies on large-scale processes located in the developed world, have revealed the economic superiority of heterogeneously catalysed processes. Hence, prospect exists for current homogeneously catalysed process plants to be converted to heterogeneously catalysed ones. The objective of this research was to investigate the actual cost benefit of converting a small-scale batch biodiesel plant from homogeneous to heterogeneous catalysed process. For this purpose, a small-scale batch biodiesel plant located in South Africa was taken as the base case homogeneous process. Aspen Batch Process Developer® software was used to perform the process simulations. The homogeneous process was converted to the heterogeneous one and results from process simulation were used to evaluate the economics of both processes, which were compared in terms of fixed capital cost, total manufacturing cost and profitability indicators. During economic evaluation, two types of cost factors were used: one prevailing in developed world and the other one relevant to South Africa. The sensitivity analysis of both processes was further performed in order to investigate the impact of some uncertain parameters on their profitability. Finally, a debottlenecking study was carried out. Results obtained from this study showed an increase in the annual throughput of biodiesel as well as significant savings in the total capital cost for the heterogeneous catalysed process relative to the homogeneous one. As regards the estimation of the total unit manufacturing cost of biodiesel, significant differences arose when using the two types of cost factors. Results of economic analyses estimated using cost factors relative to South Africa suggest an increase in the unit manufacturing cost of biodiesel while using the developed world’s cost factors suggests the opposite. This is due to the higher raw material and energy requirement for the CaO process, while knowing that the direct costs are a bigger proportion of the manufacturing costs estimated using the South African cost factors. Profitability and sensitivity analyses only provided positive results when estimated using the South African cost factors. In all cases, the heterogeneous catalysed process was found to be more promising than the homogeneous one over the prescribed project life. The study showed the importance of using cost factors relevant to a particular economic environment during techno-economic assessment of a process. It was also shown that there are economic benefits when replacing settling with centrifugation in biodiesel production processes. In summary, this thesis makes some important contributions. It presents the first process simulation for biodiesel production using Aspen Batch Process Developer® software and thereby proposes a methodology that is currently scarce in the literature. It also reports the first techno-economic analysis applied to the biodiesel field in South Africa and provides a preliminary insight to owners of biodiesel plants as regards the decision to convert or not their homogeneous catalysed plant to heterogeneous one.

Orientador: Rodrigo Fernando Costa Marques / Banca: Ariela Veloso de Paula / Banca: Maria Gabriela Nogueira Campos / Resumo: As enzimas são catalisadores de alto custo, sendo necessário a imobilização para que haja a recuperação e a reutilização tornando o processo viável econo micamente. Além disso, a utilização de enzima s imobilizada s permite simplificar o modelo de reatores e o contr ole da reação. Assim, a imobilização é geralmente u m requisito para a utilização de enzima s com o biocatalisador es industriais . A escolha do suport e para imobilização depende das propriedades da enzima a ser imobilizada. Suportes sólidos podem interagir com a enzima por diferentes vias: por adsorção, ligação covalente ou encapsulamento. Um importante fator para imobilizar a enzima é que o suporte dev e ser inerte e biocompatível ao ambiente, ou seja, não deve interferir na estrutura nativa da proteína e nem comprometer sua atividade biológica. D entre as principais enzimas, a s lipases hidrolisam triglicerídeos (T A G) em glicerol e ácidos graxos e por est e motivo estão na classe das hidrolases. Uma proposta de imobilização destas enzimas consiste na utilização de nanoestruturas magnéticas como biocatalisadores d a reação de transesterificação para a produção de biodiesel, devido à facilidade e a rápida sepa ração das enzi mas imobilizadas, a partir da mistura reacional, usando um campo magnético externo . As vantagens das enzimas imob ilizadas em relação às enzimas livres surgem da sua maior estabilidade e facilidade de separação, o que acarreta economia signifi cativa no custo global do processo, desde que o procedimento de imobilização não seja muito caro, haja boa recuperação da atividade enzimática e que a estabilidade operacional da enzima imobilizada seja suficientemente longa. O uso de enzimas imobilizadas permite a retenção do biocatalisador no reator; elevada concentração de catalisador no reator permitindo intensificar o processo; controle do microambiente da... / Abstract: Enzymes are expensive catalysts, immobilizat ion is necessary for recovery and reuse making the process economically viable. Fu rthermore, use of immob ilized enzymes can simplify model r eactor and control reaction. Thus, immobilization is generally a requirement for use of the enzyme as an industrial b iocatalyst. The choice of support for biocatalys ts immobilization depends on properties of enzyme to be immobilized. Solid supports can int eract with enzyme in different ways: by adsorption, covalent bonding or encapsulation. An important factor to immobilize the enzyme is that support must be inert and b iocompatible to environment; it should not interfere in native structure of protein and n ot compromising their biological activity. The main enzymes, lipases hydrolyze triglycerides (T A G) to glyc erol and fatty acids and for this reason; they are in the class of hy drolases. These enzymes are carbo xylesterases that catalyze hydrolysis in glyceri des synthesis. A proposal for immobil ization of these enzymes is u se of magnetic nanostructures in biocatalysts transesterification reaction for producing biodiesel due to e ase and rapid separation of immobilized enzyme, from a mixture reaction using an ex ternal magnetic field. The benefits of immobilized enzymes compared to free enzymes arise from their greater stability and ease of separation, which leads to significant savings in the overall cost of the process, provided that immobilization procedure is not very expensive, there is good recov ery of enzyme activity, and operational stability of immobilized enzyme is sufficiently long. The use of immobilized enzymes allow retention of biocatalyst in reactor; high concentration of catalyst in reactor to int ens ify the process; control of microenvironment of enzyme; ea se of recovery and reuse of ca talyst, which reduces the costs of enzymes; possibility of be ing used in continuous systems... / Mestre