Monitoring transesterification reaction of cotton-seed oil using viscosity measurements for biodiesel production

Abstract

O principal objetivo deste trabalho é relacionar a viscosidade do biodiesel com a conversão da reação de transesterificação. Fixando as condições de operação, a reação de transesterificação foi parada em diferentes tempos de reação com ácido sulfúrico e gelo e de seguida regista-se a viscosidade da mistura durante alguns minutos até que esta estabilize. Verifica-se que a quantidade de ácido usada em nada está relacionada com a conversão da reação de transesterificação. A quantidade de ácido usada não para a reação, mas sim torna-a mais lenta e leva a curvas que relacionam a viscosidade com o tempo de medição com menos erros associados. De cada experiência é formada uma mistura de duas camadas imiscíveis, a parte do biodiesel (camada superior) e a do glicerol (camada inferior). De cada reação e retirada uma pequena amostra da camada superior para análise. É possível relacionar a viscosidade com o tempo de reação através de um modelo do tipo logarítmico. Numa segunda faze as amostras coletadas seguem para análise onde é possível fazer uma caracterização do biodiesel em diferentes fases da reação. Através das curvas padrão desenhadas recorrendo ao free acid methylesters vulgarmente encontrados na transesterificação de óleo de algodão é possível fazer uma análise quantitativa do biodiesel presente em cada amostra. O componente que se encontra em mais quantidade no óleo de algodão é o Lenoleato. Tal é provado pelos resultados obtidos pela integração manual relacionada com os tempos de retenção de cada padrão usado. Recorrendo à integração manual dos picos registados pelo HPLC procede-se a uma análise qualitativa das amostras. Através destas análises verifica-se uma relação entre a viscosidade da reação, o tempo e a concentração de FAME’s nas amostras. Assim sendo é provado que sabendo a viscosidade é possível saber a conversão da reação num dado período do tempo escolhido. É ainda possível ver diferenças, em termos visuais, as amostras feitas. Quanto maior for o tempo de reação mais límpida se torna a camada superior da mistura que é associada ao biodiesel formado. Pode ainda provar-se que a relação entre a percentagem de Triglicéridos presentes nas amostras e a sua viscosidade. Quanto maior for a quantidade de TG na amostra maior será a sua viscosidade. Por ultimo na análise cinética da reação foram estudadas duas ordens diferentes, primeira e segunda. Vê-se que a de segunda ordem apresenta um comportamento mais semelhante com os pontos experimentais apesar de que os erros associados a medições e considerações nesta etapa estarem sempre presentes.

The main objective of the work presented is to connect biodiesel viscosity with transesterification conversion. For the same operating conditions transesterification reaction was stopped in different times during the reaction with sulfuric acid and ice then, viscosity measure of the mixture was taken during a few minutes until t reaches a stable value. It is safe to say that the acid quantity used to stop the reaction is not related to transesterification conversion. The acid added to the mixture does not stop the reaction, it only turns it slower in order to take all the necessary measures. When a higher amount of acid is added the reaction becomes slower and the errors obtained from the measures are lower. From each experience, a two immiscible layer mixture is formed, the biodiesel part (upper layer) and the glycerol layer (lower part). A sample of the upper layer is taken from each experience for further analysis. It is possible to adjust the viscosity measured with reaction time by using a logarithmic model type. On a second step of the project, the samples collected go to analyses where it is possible to make a full characterization of the biodiesel in different steps. Recurring to the pattern curves made from the free acid methyl esters usually, present in the transesterification of cottonseed oil it is possible to make a quantitative analysis of the biodiesel present in every sample. Using manual integration of the peaks given by the HPLC analysis it is also possible to make a qualitative analysis. The main compound of the cotton-seed oil is Linoleic acid. This is proven by the results obtained from the manual integration associated with the patterns retention times. With the results from the manual integration of the chromatograms peaks, it is performed a qualitative analysis of the samples.From these experiences is it verified a common relation between viscosity, reaction time and FAME concentration in the samples. Therefore, it is proved that by knowing the viscosity of the mixture at a certain time during the reaction it is possible to know the conversion at the same time. It is also possible to see the visual differences between the samples made. For higher reaction times the upper layer from the resulting reaction becomes more clear. The upper layer is associated with the biodiesel produced. It is also possible to prove a clear relation between the TG percentage presented in the samples and it’s viscosity. For samples with more TG it viscosity is also higher. It was also performed a kinetics evaluation for two different orders, first and second. It is possible to note that the second order behavior seems to cover the lab results in a better way. It is also important to notice that the errors on the part of the project are always present.