[pt] O biodiesel é um biocombustível produzido tipicamente a partir da transesterificação e/ou esterificação, de óleos vegetais (ex. soja e dendê) que é constituído por diferentes tipos de ácidos graxos como, por exemplo, ácido oleico, linoleico, linolênico em composições distintas. Todavia, entre os artigos encontrados na literatura que abordam simulações e intensificação de processos industriais na produção do biodiesel, a composição química do óleo é simplificada, reduzindo-se ao triglicerídeo de maior concentração. A fim de analisar a intensificação do processo de obtenção de biodiesel, a partir do óleo de soja, utilizando destilação reativa, inicialmente, foi realizado a comparação das propriedades do biodiesel, como densidade, viscosidade e composição, produzido via catálise homogênea e heterogênea, considerando-se a composição química total do óleo de soja e considerando apenas o triglicerídeo majoritário, composto por uma molécula de ácido oleio e duas de ácido linoleico. A análise confirmou que não há alteração significativa nos resultados em substituir a composição do biodiesel por uma fração única de triglicerídeos, devido à proximidade de propriedades físico-químicas. Visto isto, o desenvolvimento da simulação e intensificação do processo foi desenvolvido a partir do componente majoritário no óleo de soja. Considerando o déficit de informações completas relacionando os estudos de composição, destilação reativa, integração energética e avaliação econômica, a tese complementa uma metodologia para simular a produção do biodiesel via catálise homogênea e heterogênea, utilizando a destilação reativa (DR), integração energética e considerando a viabilidade financeira de todos os fluxogramas estudados. Nas simulações desenvolvidas resultaram um melhor aproveitamento da energia presente nos correntes quentes disponíveis, e assim reduzindo-se o investimento em utilidades. Concluiu-se que ao empregar a destilação reativa, para catálise homogênea e heterogênea, há energia a ser
economizada, em torno de 30 a 48 por cento, ou seja, há disponibilidade de modificação no processo para que ocorra um melhor aproveitamento e economia de energia. A partir disto, empregou-se a integração energética, utilizando o sistema de reaproveitamento energético, obtendo um melhor cenário para o estudo energético proporcionando uma economia de 70 por cento e 65,8 por cento de energia nos processos homogêneo e heterogêneo, respectivamente. Quanto à viabilidade econômica, considerou-se a capacidade do processo com vida útil de 15 anos e as simulações indicaram rendimentos positivos e sugere-se serem viáveis economicamente. Porém, ao empregar a destilação reativa com intensificação do processo, a redução de gastos energéticos e financeiros com o catalisador heterogêneo se mostrou ser a melhor opção energeticamente e economicamente. Comparando o sistema com gastos, o inicial homogêneo, com o econômico, dito anteriormente, a economia de energia das utilidades foi em torno de 80 por cento e a diferença no valor presente líquido (VPL) de 744.089,84 de dólares. O resultado mostrou que o investimento em mais trocadores de calor de correntes de processo somados à redução de equipamentos da via por catalise heterogênea permitiu alcançar uma relação de custo alternativa mais atraente que o processo tradicional via catálise homogênea ainda que o custo do catalisador seja maior no caso heterogêneo. / [en] Biodiesel is a biofuel typically produced from transesterification and/or esterification of vegetable oils (eg soy and palm oil) which is made up of different types of fatty acids such as, for example, oleic, linoleic, linolenic acid in different compositions. However, among the articles found in the literature that address simulations and intensification of industrial processes in the production of biodiesel, the chemical composition of the oil is simplified, reducing it to the highest concentration triglyceride. In order to analyze the intensification of the process of obtaining biodiesel from soybean oil, using reactive distillation, initially, a comparison of the properties of biodiesel, such as density, viscosity and composition, produced via homogeneous and heterogeneous catalysis was performed, considering - the total chemical composition of soybean oil and considering only the major triglyceride, composed of one molecule of oleic acid and two of linoleic acid. The analysis confirmed that there is no significant change in the results in replacing the biodiesel composition with a single fraction of triglycerides, due to the proximity of physicochemical properties. In view of this, the development of simulation and process intensification was developed from the major component in soybean oil. Considering the lack of complete information relating composition studies, reactive distillation, energy integration and economic evaluation, the thesis complements a methodology to simulate the production of biodiesel via homogeneous and heterogeneous catalysis, using reactive distillation (DR), energy integration and considering the financial feasibility of all studied flowcharts. The simulations developed resulted in a better use of the energy present in the available hot currents, thus reducing the investment in utilities. It was concluded that when using reactive distillation, for homogeneous and heterogeneous catalysis, there is energy to be saved, around 30 to 48 percent, that is, there is availability of modification in the process so that there is a better use and energy
saving. From this, energy integration was used, using the energy reuse system, obtaining a better scenario for the energy study, providing savings of 70 percent and 65.8 percent of energy in homogeneous and heterogeneous processes, respectively. As for the economic feasibility, it was considered the capacity of the process with a useful life of 15 years and the simulations indicated positive yields and are suggested to be economically viable. However, by employing reactive distillation with process intensification, the reduction of energy and financial costs with the heterogeneous catalyst proved to be the best option energetically and economically. Comparing the system with expenses, the initial homogeneous, with the economic, mentioned above, the energy savings of the utilities was around 80 percent and the difference in the net present value (NPV) of 744,089.84 dollars. The result showed that the investment in more process current heat exchangers, added to the reduction of equipment in the heterogeneous catalysis path, allowed to reach a more attractive alternative cost ratio than the traditional process via homogeneous catalysis, even though the cost of the catalyst is higher in the heterogeneous case.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:55201 |
| Date | 05 October 2021 |
| Creators | CRISTIANE LEAL |
| Contributors | ROGERIO NAVARRO CORREIA DE SIQUEIRA, ROGERIO NAVARRO CORREIA DE SIQUEIRA, ROGERIO NAVARRO CORREIA DE SIQUEIRA, ROGERIO NAVARRO CORREIA DE SIQUEIRA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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