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Type: Dissertação
Title: Extração de óleo de soja utilizando etanol hidratado como solvente: equilíbrio do sistema e cinética do processo em coluna
Author: Santos, Fernanda Elis dos
First advisor: Wenzel, Bruno München
metadata.dc.contributor.referee1: Borba, Carlos Eduardo
metadata.dc.contributor.referee2: Cardoso, Manuela Gomes
Resume: Os problemas ambientais enfrentados pela exploração e uso intensivo de bens naturais e o aumento do preço dos combustíveis fósseis consolidam a busca por fontes alternativas de energia, como o biodiesel, que no Brasil vem sendo um importante substituinte (direto ou parcial) do diesel. A transesterificação tem sido considerada o melhor método para a produção do biodiesel, no entanto este processo exige a extração prévia do óleo da oleaginosa utilizando um solvente, sendo o hexano o mais comum. Processos simplificados, como o de transesterificação in situ, têm sido investigados visando a diminuição dos custos. Nesse contexto, o presente trabalho buscou avaliar a viabilidade técnica de emprego do etanol como solvente do processo de extração do óleo de soja, possibilitando o emprego direto da mistura para produção de biodiesel. Primeiramente, foi realizado um estudo sobre o equilíbrio da extração sólido-líquido, em que foi validado um modelo de isoterma baseado no pressuposto geral de que o material extraível está presente em duas camadas sobre a superfície da matriz sólida. O modelo foi validado para extração de óleo de soja por etanol em diferentes temperaturas (30 a 70 °C) e purezas (95,0 a 99,5%). As constantes de equilíbrio foram descritas por meios termodinâmicos e revelaram detalhes sobre o processo energética envolvido na extração em ambas as camadas. A base fenomenológica empregada neste trabalho sugere que o mecanismo de lavagem é responsável por extrair a porção de óleo na segunda camada, enquanto o mecanismo de difusão extrai o óleo na primeira camada. Na segunda parte do estudo desenvolvido, avaliou-se a viabilidade técnica do uso de etanol aquoso como solvente para o processo de extração do óleo de soja em coluna de fluxo contínuo. Foi desenvolvido e ajustado um modelo cinético baseado nos mecanismos de lavagem e difusão, ora supostos. O estudo foi realizado em uma coluna de extração líquidosólido, utilizando etanol hidratado como solvente, e soja laminada como fase sólida extraível. Experimentos foram conduzidos em diferentes condições: (i) temperatura do solvente (30 – 70ºC); (ii) altura do material sólido na coluna (38 – 72cm); (iii) velocidade superficial do solvente (1,68 – 11,78cm min-1); e (iv) fração mássica absoluta do material extraível A (soja laminada) na fase fluida E (etanol) na entrada na coluna (0 – 0,0061g A/g E). Foram obtidas eficiências médias finais na faixa de 74,3 e 99,8%. Os dados experimentais coletados foram utilizados para obtenção dos parâmetros do modelo (coeficientes de transferência de massa para lavagem e para a difusão). O modelo mostrou boa concordância com os dados experimentais. Em geral, foi observada uma forte influência positiva da velocidade superficial e da temperatura nos coeficientes de transferência de massa. A altura da coluna e aconcentração de soluto na entrada da coluna, mostraram uma influência baixa nos parâmetros cinéticos do processo de extração. Desta forma, o estudo contribui com base teórica e conhecimento dos mecanismos envolvidos no processo de extração, que permitem a aplicação prática e possível escalonamento do processo.
Abstract: The environmental problems faced by the exploitation and intensive use of natural goods and the increase in the price of fossil fuels consolidate the search for alternative sources of energy, such as biodiesel, which in Brazil has been an important additive of diesel. Transesterification has been considered the best method for its production, but the traditional process requires the prior extraction of oil from the oil using a solvent, with hexane being the most common. Simplified processes, such as in-situ transesterification, have been investigated to reduce costs. In this context, the present work sought to evaluate the technical feasibility of using ethanol as a solvent in the soybean oil extraction process, making it possible to use the blend for the production of biodiesel. Firstly, a study was carried out on the equilibrium of the solidliquid extraction, in which an isotherm model was validated based on the general assumption that the extractable material is present in two layers on the surface of the solid matrix. The model was validated for the extraction of soybean oil by hydrated ethanol at different temperatures (30 to 70°C) and ethanol (95.0 to 99.5%). The equilibrium constants were described by thermodynamic means and revealed details about the energy involved in the extraction in both layers. The phenomenological basis employed in this work suggests that the washing mechanism is responsible for extracting the oil portion in the second layer, while the diffusion mechanism extracts the oil in the first layer. In the second part of the study, the technical feasibility of the use of aqueous ethanol as a solvent for the soybean oil extraction process in a continuous flow column was evaluated. A kinetic model was developed and adjusted based on the mechanisms of washing and diffusion, now assumed. The study was performed on a liquid-solid extraction column, using hydrated ethanol as solvent, and soybean laminated as an extractable solid phase. Experiments were conducted under different conditions: (i) solvent temperature (30-70°C); (ii) height of the solid material in the column (38-72cm); (iii) superficial velocity of the solvent (1.68-11.78cm min-1); and (iv) absolute mass fraction of extractable material A in the fluid phase at the entrance to the column (0- 0.0061g A/g E). Mean final efficiencies were obtained in the range of 74.3 and 99.8%. The experimental data collected were used to obtain the model parameters (mass transfer coefficients for washing and for diffusion). The model showed good agreement with the experimental data. The column height and solute concentration at the column entrance showed poor influence on the kinetic parameters of the extraction process. Thus, the study contributes to a theoretical basis and knowledge of the mechanisms involved in the process of extraction, which allow the practical application and possible scheduling of the process.
Keywords: Meio ambiente
Óleo de soja
Sustentabilidade
Equilíbrio ecológico
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal da Fronteira Sul
Acronym of the institution: UFFS
College, Institute or Department: Campus Cerro Largo
Name of Program of Postgraduate studies: Programa de Pós-Graduação em Ambiente e Tecnologias Sustentáveis
Type of Access: Acesso Aberto
URI: https://rd.uffs.edu.br/handle/prefix/2997
Issue Date: 20-Dec-2018
metadata.dc.level: Mestrado
Appears in Collections:Ambiente e Tecnologias Sustentáveis

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