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Exercícios de Modelagem Matemática num reator cstr com 12 pratis
Tipologia: Exercícios
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Grupo 3 : 1 - 20210707 - Juliana Nicolau. 2 - 20210640 - Letícia Fonseca. 3 - 20210761 - Makiesse Pedro. 4 - 20210847 - Moisés António.
1.2.2. Objetivo específico
E de gorduras animais como: sebo de bovino, banha de porco, gordura do Carneiro, e gordura das aves , nomeadamente do frango. Processo de obtenção do biodiesel através da gordura do frango A utilização de resíduos como matéria-prima para a produção de biodiesel, tem-se mostrado cada vez mais promissora, pois é uma forma de reciclar produtos, que de outra forma poderiam não ser aproveitados. A utilização de resíduos animais tem-se tornado cada vez mais atraente, não só devido ao seu baixo custo, mas também porque a sua incorporação na cadeia alimentar para produção de farinhas e rações, tem vindo a ser cada vez mais restringida devido ao risco de difusão de doenças. A produção de carne de frango tem vindo a aumentar expressivamente nos últimos anos. O Brasil é o terceiro maior produtor e responsável por 15,6% da produção mundial, ficando atrás da China, com 17,5 %, e dos Estados Unidos, com 27,1%. No abate destas aves resultam resíduos gordurosos cujo destino tem vindo a ser objecto de estudo, já que a utilização de subprodutos de origem animal tem vindo a ser retirada das dietas animais, tornando-se um produto com potencial poluente. O consumo desta carne tem sofrido alterações ao longo dos anos. Hoje em dia grande parte da carne de frango é comercializada em corte, e não o animal inteiro. Isto leva a um ainda maior aumento dos resíduos resultantes da sua produção, tal como a pele e a gordura da zona abdominal. No abate de aves são rejeitadas algumas partes, como se pode ver na tabela 1 , o que ocasiona uma perda na forma de resíduos da ordem de 30% do peso da ave viva, capaz de originar cerca de 11% de gordura. Tabela 1: Partes rejeitadas no abate e processamento de aves. Parte % Sangue 2, Penas 6, Vísceras não comestíveis
Ossos e resíduos
Fonte: http://www.cesumar.br/prppge/pesquisa/epcc2015/anais/laura_adriane_de_moraes_pinto_2pdf
3.1 Extracção e tratamento da matéria prima Os resíduos utilizados neste trabalho, são resultantes do corte da carne de frango. Destes resíduos extraiu-se a matéria-prima (gordura de frango), aquecendo-se a uma temperatura suficiente para libertar a gordura líquida que foi depois separada para um recipiente e pesada. Posteriormente, aqueceu-se e filtrou-se a gordura sob vácuo, de modo a remover quaisquer partículas residuais. Esta gordura foi depois guardada em frigorífico para que as suas propriedades não sofressem alterações. Na Figura 2 é possível ver a matéria prima quando retirada do frio e depois de aquecida; deve referir-se que esta gordura é líquida quando colocada à temperatura ambiente. (a) (b) Figura 2: Matéria-prima: (a) após ser retirada do frigorifico e (b) depois de aquecida. 3.2 Transformação da matéria-prima em biodiesel Transformou-se a matéria-prima em biodiesel por transesterificação (Equação 1), utilizando-se um catalisador básico, neste caso o NaOH. Na Figura 4 está representado o esquema do processo de produção debiodiesel, que se divide em duas etapas: síntese e purificação. (1)
Nesta reacção, os triglicéridos da matéria-prima juntamente com um álcool na presença de um catalisador, ácido, básico ou enzimático, vão produzir uma mistura de ésteres de ácidos gordos, o biodiesel, e também glicerina. A transesterificação consiste, então, numa sequência de reacções reversíveis. Primeiro, os triglicéridos são convertidos em diglicéridos, e depois os diglicéridos em monoglicéridos. Os monoglicéridos são por sua vez convertidos em glicerina. Em cada passo forma-se um éster, pelo que para cada triglicérido são formados três ésteres. Os grupos R 1 , R 2 , e R 3 são cadeias de ácidos gordos. As mais comuns são: palmítica, esteárica, oleica, linoleica e linolénica. Estas cadeias são designadas por uma letra e dois números (acrónimo comum). O primeiro refere-se ao número de átomos de carbono presentes na cadeia, e o segundo refere-se ao número de ligações dupla.
3.4.1 Síntese do biodiesel Para proceder à síntese aqueceu-se a matéria-prima até aos 100 ºC (de forma a eliminar a água residual) e de seguida colocou-se à temperatura ambiente, até atingir a temperatura escolhida para a reacção. Pesou-se então a matéria-prima e adicionou-se ao reactor imerso num banho termoestático à temperatura desejada, equipado com um condensador (ligado a um banho de refrigeração) e um agitador magnético, tal como se pode ver na Figura 5. A reacção iniciou-se quando se adicionou uma mistura com uma quantidade predefinida de NaOH 97% dissolvido em metanol 99,5%. A mistura reaccional manteve-se sob vigorosa agitação, terminando no tempo predefinido. De seguida o conteúdo do reactor foi transferido para uma ampola de decantação onde ficou a repousar durante 1 hora, apesar da separação de fases ser quase instantânea. Figura 5: Reactor imerso no banho termoestático. 3.4.2 Purificação do biodiesel Após a separação de fases, recuperou-se o excesso de metanol existente no biodiesel e na glicerina usando um evaporador rotativo sob pressão reduzida. De seguida lavou-se o biodiesel sucessivamente de modo a retirar o hidróxido de sódio. Primeiro lavou-se com uma solução diluída de ácido (HCl 0,2%), usando 50% (v/v) de solução ácida, e depois várias vezes com água usando 50% (v/v) de água destilada, até que o pH da água de lavagem estivesse próximo do da água destilada. Após as lavagens, desidratou-se o biodiesel com sulfato de sódio anidro; para isso,
pesou-se 25% (m/m) desse sal e adicionou-se ao biodiesel, agitando-se durante meia hora. Após este tempo filtrou-se o biodiesel sob vácuo e guardou-se no frio e na ausência de luz, de modo a não alterar as suas propriedades. Na Figura 6 pode-se ver a separação de fases após a síntese do biodiesel, a separação de fases durante as lavagens e o biodiesel desidratado (produto final). a) b) c) Figura 6: Diferentes etapas de purificação do biodiesel: (a) decantação, (b) lavagens, (c) produto final.
4. RESULTADOS 4.1 Resultados da pesquisa Rendimento da extracção e caracterização da matéria-prima A gordura foi extraída por aquecimento dos resíduos do abate e corte de aves, constituídos essencialmente por pele e pontas das asas e costas. Pesaram-se os resíduos antes e depois da extracção, tendo-se obtido um valor médio de gordura de 40% da massa original de resíduos. Caracterizou-se a matéria-prima em termos de índice de acidez e número de iodo - os valores destas propriedades encontram-se na Tabela 2.
Figura 7 : Influência da concentração de catalisador no rendimento (60 ºC, 60 min, M:G-6:1). A razão molar de metanol:gordura utilizada vem expressa em moles de metanol por mole de gordura de frango, tendo variado entre 3:1 e 12:1. Figura 8 pode ver-se a influência deste parâmetro no rendimento da reacção. Para a razão estequiométrica (3:1) a reacção não se completou e o biodiesel apresentava espuma à superfície, o que dificultou as lavagens. A partir da razão molar de 6:1 observa-se uma diminuição do rendimento com o aumento da quantidade de metanol utilizada. Isto pode estar relacionado com um aumento da solubilidade da glicerina na fase do éster. Com estes resultados pode-se concluir que a melhor razão metanol:gordura utilizada foi a de 6:1, sendo também vantajosa do ponto de vista económico. Figura 8 : Influência da razão metanol:gordura no rendimento (60 ºC, 60 min, 0,8% cat). Relativamente à influência da temperatura da reacção no rendimento da matéria prima em biodiesel, como se pode ver na Figura 9, o rendimento é menor para a temperatura de 30 ºC. Para
as restantes temperaturas as diferenças não são substanciais, pelo que se pode concluir que na gama de temperaturas analisadas, este parâmetro não tem influência determinante. Figura 9 : Influência da temperatura da reacção no rendimento (60 min, M:G-6:1, 0,8% cat). Na Figura 10 encontra-se representada a influência do tempo de reacção no rendimento da matéria- prima em biodiesel. O tempo de reacção variou entre 30 e 120 minutos. O rendimento foi aumentando substancialmente à medida que se aumentou o tempo de reacção. Observa-se uma diferença significativa entre 30 e 90 minutos, no entanto entre 90 e 120 minutos o rendimento é praticamente o mesmo. Pode-se concluir que o melhor tempo reaccional é o de 90 minutos. Figura 10 : Influência do tempo de reacção no rendimento (60 ºC, M:G-6:1, 0,8% cat).
Ano Soja Gordura animal Petróleo 2004/05 0,67 0,37 0, 2005/06 0,66 0,36 0, 2006/07 0,65 0,36 0, 2007/08 0,64 0,36 0, 2008/09 0,66 0,37 0, 2009/10 0,68 0,37 0, 2010/11 0,70 0,38 0, 2011/12 0,72 0,39 0, 2012/13 0,74 0,41 0, Fonte : Energy Information Administration, Office of Integrated Analysis and Forecasting apud Radich (2011). Haas et al. (2006) propôs um modelo para estimar os custos de produção do biodiesel a partir de óleos vegetais para uma planta localizada nos EUA. O autor utilizou os softwares AspenPlus® e ChemCost® para simulação do processo e cálculo dos custos com equipamentos, respectivamente. O cenário simulado opera com óleo de soja e metanol, utilizando o metóxido de sódio como catalisador, contém uma unidade de transesterificação, uma seção de purificação do biodiesel e outra para recuperação do glicerol. Enquanto que o custo de produção do diesel fóssil variou entre US$0,20.L-^1 e US$0,25.L-^1 , o custo final estimado para produção de biodiesel foi de US$0,53.L-^1 , sendo que 88% destes custos estão associados à matéria-prima. Segundo Haas et al. (2006), este valor pode ser reduzido em 6% com a venda do glicerol. Weber e Van Dyne (1998) fizeram um estudo do custo de produção de biodiesel a partir de diferentes matérias-primas nos EUA. Foram feitas diversas simulações para o cenário estudado com capacidade de processamento de 130.000 L, assumindo-se uma planta convencional para produção de biodiesel (metanol e catálise alcalina). A Tabela 5 mostra os resultados encontrados pelos autores.
Tabela 5 : Custos de produção do biodiesel (US$/L) nos USA. Matéria-prima Custo (US$.L-^1 ) Soja 0, Canola 0, Gordura animal 0, Girassol 0, Fonte : Weber e Van Dyne (1998).
5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES As principais conclusões que se podem retirar deste trabalho sobre a produção de biodiesel a partir de gordura de frango são:
