Monitorização da Reação de Transesterificação de Óleos Vegetais por medidas da Viscosidade.

Abstract

The monitoring the transesterification reaction is a very important process as it allows optimizing the operating conditions that ensure good quality of the final product (biodiesel), predicting and preventing problems related to the process and improving resources management.This work aimed to monitoring the transesterification reaction by measuring the viscosity of refined cottonseed oil (CSO) in the presence of methanol and using sodium methoxide as the catalyst. The reaction influence parameters temperature (40, 50 and 60°C), methanol/oil molar ratio (4:1, 6.5:1 and 9:1 (w/w)) and amount of catalyst (0.5, 1.25 and 2% (w/w)), were combined to study the effect of these variables in reducing the viscosity of the reaction mixture and in the conversion obtained over time. For this purpose, the conversion of oil into FAMEs (fatty acid methyl esters) at 30 and 90 minutes (%C_30min and %C_90 min) and the apparent viscosity of the mixture at 15 minutes of reaction (η_ap_15min), were selected as response variables for an experiment design (DOE)which through statistical methods allowed to study the significance of each of the influence variables by comparing these results with those obtained experimentally. The parameters’ total reaction time (90 minutes) and agitation speed of viscosity measuring sensor in the reaction mixture (200 rpm) remained fixed throughout the experimental procedure. The conversion of the oil to FAMEs as a function of time was analysed by high resolution proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR).The statistical results showed a significance of the model (p_Value≤0.05) for the %C_30 and %C_90 min responses with a p-value of 0.018 and 0.007 respectively, being not significant for the η_ap_15min response with a p-value of 0.179. For %C_30min the factors temperature and amount of catalyst were the most significant (p_Value≤0.05), while for %C_90min the three factors studied had statistical significance. Regarding η_ap_15min, only the temperature had statistical significance. The maximum conversion of FAMEs 98.09% was obtained at 60°C, with a methanol/oil molar ratio of 9:1 (w/w) and a catalyst percentage of 1.25 %(w/w). This value is close to the predicted value by the statistical model used in the response surface methodology (RSM) for the optimal experience (98.14%).

A monitorização da reação de transesterificação é um processo importante que permite otimizar as condições de operação que garantem uma boa qualidade do produto final (biodiesel), prever e prevenir problemas relacionados com o processo e ainda uma melhoria na gestão de recursos.Este trabalho teve como objetivo a monitorização da reação de transesterificação por medidas da viscosidade do óleo de algodão refinado (CSO) na presença de metanol e utilizando como catalisador o metóxido de sódio. Considerando os parâmetros de influência da reação, temperatura (40, 50 e 60ºC), razão molar metanol/óleo (4:1, 6.5:1 e 9:1 (m/m)) e quantidade de catalisador (0.5, 1.25 e 2% (m/m)), estudou-se o efeito destas variáveis na redução da viscosidade da mistura reacional e na conversão obtida ao longo do tempo. Selecionando como variáveis de resposta, a conversão do óleo em FAMEs (ésteres metílicos de ácidos gordos) aos 30 e 90 minutos (%C_30min e %C_90 min) e a viscosidade aparente da mistura aos 15 minutos de reação (η_ap_15min), foi efetuado um desenho de experiências (DOE)o qual através de métodos estatísticos permitiu estudar a significância de cada uma das variáveis de influência por comparação destes resultados com os obtidos experimentalmente. Os parâmetros tempo total de reação (90 minutos) e velocidade de agitação do sensor de medição da viscosidade na mistura reacional (200 rpm) mantiveram-se fixos durante todo o procedimento experimental. A conversão do óleo em FAMEs em função do tempo, foi analisada por espectroscopia de ressonância magnética nuclear de protões de alta resolução (NMR de 1H).Os resultados estatísticos mostraram uma significância do modelo (Valor_p ≤ 0.05) para as respostas %C_30 e %C_90 min com um Valor_p de 0.018 e 0.007 respetivamente, sendo não significativo para a resposta η_ap_15min com um Valor_p de 0.179. Para %C_30 min os fatores temperatura e quantidade de catalisador foram os mais significativos, ao passo que, para %C_90min os três fatores estudados obtiveram significância estatística. No que diz respeito a η_ap_15min, apenas a temperatura teve significância estatística. A conversão máxima de FAMEs 98.09% foi obtida a 60ºC, com uma razão molar metanol/óleo de 9:1 (m/m) e uma percentagem de catalisador de 1.25 %(m/m). Este valor é próximo do valor previsto pelo modelo estatístico usado com recurso à metodologia de superfície de resposta (RSM) para a experiência ótima (98.14%).