Avaliação da não idealidade de biorreatores tipo lagoa com inserção de chicanas

In the current brazilian contexto, in which it presents a deficit as the collection and treatment of sewage, the implementation of low cost and operational simplicity alternatives is critical. The intensive Livestock generates wastewater with high organic load, resulting in several impacts, case there is no previous treatment appropriate to release in water bodies. In real reactors, there are several anomalies, which non-ideal models seek to incorporate, for a more consistent prediction with reality. The use of baffles in pond-type reactors search approach the hydrodynamic behavior to the piston flow, corresponding to PFR reactor, to reduce the volume needed for an equivalent conversion. In the present study, the experimental runs were performed in a prototype anaerobic lagoon reactor coated with 8 mm PVC geomembrane, with a typical geometry for application in the treatment of swine manure, for residence times corresponding to 3, 6, 9 and 12 days, with use of 2 vertical baffles. Theoretical expressions for RTD were applied based on the dispersion model, and the prediction power for each expression was evaluated from the parameters obtained experimentally and from the adjusted parameters through a nonlinear optimization. The models evaluated were the low intensity dispersion model, the open-open system model, the semi-open system model and the closed-closed system model. The open- open system model considering the parameters obtained from the non-linear adjustment was the one that presented the best correlation coefficients adjusted for all the experimental runs. The application of the proposed model assists in a more precise design of anaerobic pond type reactors, when inserting parameters that are not usually used. Ignoring the effects of scale, this methodology can be applied for the design of similar reactors.No contexto brasileiro atual em que apresenta-se um déficit quanto à coleta e tratamento de esgotos é fundamental a implementação de alternativas de baixo custo e simplicidade operacional. A criação intensiva de animais gera efluentes com elevada carga orgânica, resultando em diversos impactos caso não haja o tratamento adequado anterior ao lançamento nos corpos d’água. Em reatores reais, ocorrem diversas anomalias, as quais os modelos não-ideais buscam incorporar, visando uma predição mais condizente com a realidade. A utilização de chicanas em reatores tipo lagoa busca aproximar o comportamento hidrodinâmico ao fluxo de pistão, correspondente ao reator PFR, com vistas a reduzir o volume necessário para uma conversão equivalente. No presente estudo, as corridas experimentais foram realizadas em um protótipo de reator tipo lagoa anaeróbia revestido com geomembrana de PVC de 8 mm, de geometria típica para aplicação no tratamento de dejetos suínos, para tempos de residência correspondentes a 3, 6, 9 e 12 dias, com a utilização de 2 chicanas verticais. Foram aplicados expressões teóricas para a DTR baseadas no modelo de dispersão, sendo avaliado o poder de predição para cada expressão a partir dos parâmetros obtidos experimentalmente e dos parâmetros ajustados através de otimização não-linear. Os modelos avaliados foram o modelo de dispersão de pequena intensidade, modelo do sistema open-open, modelo do sistema semi-open e modelo do sistema closed-closed. O modelo do sistema open-open considerando os parâmetros obtidos a partir do ajuste não linear foi o que apresentou os melhores coeficientes de determinação ajustados para todas as corridas experimentais. A aplicação do modelo proposto auxilia a um dimensionamento mais preciso de reatores tipo lagoa anaeróbia, ao inserir parâmetros que não são usualmente utilizados. Ignorando-se os efeitos de escala, esta metodologia pode ser aplicada para o projeto de reatores similares

Aplicação do óxido de cálcio como catalisador heterogêneo para a transesterificação etílica de óleo de soja residual de fritura

Biodiesel can be produced through the transesterification reaction of a short-chain alcohol with a triacylglycerol, that can be obtained from vegetable oils or animal fats, in the presence of a catalyst. The use of ethanol as reactant is justified since its production is consolidated in Brazil. Among the heterogeneous catalysts, CaO shows potential in the transesterification reactions because it has a low cost, can be reused and is not corrosive. The recycling of frying oil for the production of biodiesel represents an alternative for the disposal of a waste and does not compete with the food industry. The residual oil and CaO were subjected to a pre-treatment before the transesterification reactions. A Box-Behnken experimental design was applied with 3 factors: temperature, ethanol:oil molar ratio and reaction time. The reactions were carried out in a batch reactor, in which oil, ethanol and the catalyst were added. The samples were vacuum filtered and conducted to a rotary evaporator, in order to remove excess ethanol. The resulting mixture was centrifuged and, subsequently, a sample was collected from the supernatant phase. The yield was determined by a mass balance based in the concentrations of acylglycerols, that were determined through an HPLC-UV methodology. A second-order linear regression model was built and validated through statistic tests with a 5% significance level. The optimized operational parameters are 15:1 ethanol:oil molar ratio, 81.2 ºC e 6 h of reaction. From the obtained results it can be inferred that it is feasible to use residual frying oil as raw material, ethanol as reactant and CaO as catalyst for the production of biodiesel.O biodiesel pode ser obtido através da reação de transesterificação de um álcool de cadeia curta com um triacilglicerol, que pode ser obtido a partir de óleos vegetais ou gorduras animais na presença de um catalisador. A utilização de etanol como reagente justifica-se porque este tem sua produção consolidada no Brasil. Dentre os catalisadores heterogêneos, o CaO mostra potencial nas reações de transesterificação, pois apresenta baixo custo, pode ser reutilizado e não é corrosivo. A reciclagem do óleo de fritura para a produção de biodiesel representa uma alternativa de destinação de um resíduo e não compete com o mercado alimentício. O óleo residual e o CaO passaram por pré-tratamento antes das reações de transesterificação. Foi aplicado um delineamento experimental Box-Behnken de 3 fatores: temperatura, razão molar etanol:óleo e tempo de reação. As reações foram conduzidas em um reator batelada, em que foram adicionados óleo, etanol e catalisador. As amostras foram filtradas à vácuo e conduzidas a um evaporador rotativo, para remoção do etanol excedente. A mistura resultante foi centrifugada e posteriormente retirada uma amostra da fase sobrenadante. O rendimento foi determinado a partir de um balanço de massa, baseado nas concentrações de acilgliceróis, que foram determiadas através de uma metodologia em HPLC-UV. Um modelo de regressão linear de segunda ordem foi construído e validado através de testes estatísticos com nível de significância de 5%. Os parâmetros operacionais otimizados são razão molar etanol:óleo 15:1, 81,2 ºC e 6 h de reação. A partir dos resultados obtidos infere-se que é viável a utilização do óleo residual de fritura como matéria-prima, etanol como reagente e CaO como catalisador para a produção de biodiesel

Modelagem cinética e termodinâmica da transesterificação de óleo de soja degomado catalisada por Zr/CaO

Biodiesel presents itself as an alternative with less environmental impact in relation to mineral diesel. The incorporation of larger portions of biodiesel into diesel of fossil origin represents a significant reduction in the emission of air pollutants. The application of heterogeneous catalysis to transesterification reactions has as main objective the reduction of process costs, which is favored by the greater ease of recovery and recycling potential presented. The use of ethanol as a reagent has advantages such as lower toxicity and production of a fuel with a higher cetane number and better lubricity, in addition to having consolidated production in Brazil. A bibliographic review was carried out investigating the application of heterogeneous catalysts for the transesterification of soybean oil. The research was applied in the database of Science Direct searching for research articles written in English, with the keywords biodiesel AND transesterification and (“heterogeneous catalyst” OR “heterogeneous catalysis”) AND soybean oil, within the period from 2015 to 2019. This work presents an investigation of the use of zirconium impregnated calcium oxide in the production of biodiesel from ethyl transesterification of degummed soybean oil. The catalyst was prepared using a wet impregnation method, containing 15 wt % of Zr and calcined at 700 ° C. The transesterification reactions were conducted in a batch reactor with an ethanol reflux system. Temperatures between 60°C and 90°C, quantities of ethanol in molar ratio between 15: 1 and 27: 1 in relation to oil, and reaction time up to 6h were investigated. The samples were filtered to remove the catalyst, the excess ethanol was evaporated and the resulting mixture was centrifuged to separate the upper layer containing biodiesel and acylglycerols from the glycerol. The samples were analyzed on HPLC-UV to quantify the acylglycerols and determine the yield. To investigate the effects of the reaction parameters, a second order linear empirical model was adjusted based on a Box-Behnken experimental design. It was considered a kinetic model composed of three consecutive reversible reactions, in which for high values of excess alcohol, the reactions can be described as Pseudo first order in the direction of product formation and second order for the reverse reaction. From the experimentally obtained concentrations of acylglycerols over time, for a 60°C – 90°C temperature range, 4 parameters were adjusted for each reaction: , , ΔH0 e ΔS0. Within the range of parameters evaluated, the yield has a direct correlation with temperature and reaction time and an inverse correlation with MR. It was possible to accurately describe the process using a proposed model.O biodiesel apresenta-se como uma alternativa de menor impacto ambiental em relação ao diesel mineral. A incorporação de parcelas maiores de biodiesel ao diesel de origem fóssil representa uma significativa redução de emissão de poluentes atmosféricos. A aplicação de catálise heterogênea para reações de transesterificação tem como principal finalidade a redução de custos do processo, o que é favorecido pela maior facilidade de recuperação e potencial de reciclagem apresentada. A utilização de etanol como reagente apresenta vantagens como menor toxicidade e produção de um combustível com maior número de cetano e melhor lubricidade, além de ter produção consolidada no Brasil. Uma revisão bibliográfica foi realizada investigando a aplicação de catalisadores heterogêneos para a transesterificação de óleo de soja. A pesquisa foi aplicada no banco de dados do Science Direct buscando artigos de pesquisa escritos em inglês, através das palavras-chave biodiesel AND transesterification and (“heterogeneous catalyst” OR “heterogeneous catalysis”) AND soybean oil, dentro do período de 2015 a 2019. Este trabalho apresenta uma investigação da utilização de óxido de cálcio impregnado com zircônio na produção de biodiesel a partir da transesterificação etílica de óleo de soja degomado. O catalisador foi preparado a partir de um método de impregnação úmida, contendo 15 wt % de Zr e calcinado a 700°C. As reações de transesterificação foram conduzidas em um reator em batelada com sistema de refluxo de etanol. Foram investigadas temperaturas entre 60°C e 90°C, quantidades de etanol em razão molar entre 15:1 e 27:1 em relação ao óleo e tempo de reação até 6h. As amostras obtidas foram filtradas para remoção do catalisador, o excesso de etanol foi evaporado e a mistura resultante foi centrifugada para separar a fase sobrenadante contendo biodiesel e acilgliceróis do glicerol. As amostras foram analisadas em HPLC-UV para quantificação dos acilgliceróis e determinação do rendimento. Para investigar os efeitos dos parâmetros reacionais, foi ajustado um modelo empírico linear de segunda ordem a partir de um delineamento experimental de Box-Behnken. Foi considerado um modelo cinético composto de três reações reversíveis consecutivas, em que para elevados valores de excesso de álcool, as reações podem ser descritas como de Pseudo primeira ordem na direção de formação dos produtos e de segunda ordem para a reação reversa. A partir das concentrações obtidas experimentalmente de acilgliceróis ao longo do tempo, para uma faixa de temperatura entre 60°C e 90°C foram ajustados 4 parâmetros para cada reação: , , ΔH0 e ΔS0. Dentro da faixa de parâmetros avaliada, o rendimento apresenta correlação direta com a temperatura e o tempo de reação e correlação inversa com a RM. Foi possível descrever com precisão o processo a partir do modelo proposto.Agência