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Previous issue date: 2018-03-09 === Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) === Reatores de borbulhamento são amplamente empregados em reações
heterogêneas do tipo gás-líquido e gás-sólido-líquido em diferentes condições
operacionais. Este tipo de reator vem sendo largamente utilizado na indústria química,
bioquímica e petroquímica em diferentes tipos de processos como cloração, oxidação e
remoção de CO2. Uma aplicação mais recente dos reatores de borbulhamento é a
produção de biodiesel. Neste processo, vapor superaquecido de álcool é borbulhado em
um meio líquido contendo o substrato reacional. O álcool, após ser transferido para a
fase líquida, reage com o material lipídico para formar ésteres monoalquílicos
(biodiesel) a partir da reação de esterificação e transesterificação, de acordo com a
quantidade de triglicerídeos e ácidos graxos livres presentes na matéria-prima. Neste
trabalho, uma unidade experimental de um reator de borbulhamento foi desenvolvida
para a realização de experimentos de esterificação de ácido oleico em meio ácido
utilizando vapor superaquecido de etanol. O reator foi operado em regime de semibatelada,
onde os efeitos da vazão volumétrica de etanol, temperatura do meio reacional
e utilização de um distribuidor gás foram avaliados com base na conversão do ácido
oleico. Os resultados obtidos mostraram que todas as variáveis analisadas apresentam
efeito significativo na performance do processo, onde conversões de 98% foram
alcançadas para temperaturas reacionais de 130°C e vazão de 3,65 mL/min em
aproximadamente 50 minutos de reação. A utilização do distribuidor de gás para geração
das bolhas de vapor superaquecido de etanol fez com que a taxa média de conversão do
processo fosse aumentada em até 38 % em relação aos experimentos realizados sem o
distribuidor. Um modelo matemático fenomenológico foi desenvolvido e implementado
em MATLAB®
para descrever e analisar o processo. Os dados experimentais de
conversão obtidos foram utilizados na estimação dos parâmetros cinéticos e de
transferência de massa, bem como na validação do modelo proposto. O ajuste do modelo
aos dados experimentais apresentou um coeficiente de determinação R² de 0,987, além
de exibir grande capacidade preditiva, sendo utilizado para simulação e análise do
processo. === Bubble reactors are widely used to carry out gas-liquid and gas-liquid-solid reactions at
different operating conditions. This type of reactor is often used in chemical,
biochemical and petrochemical industry for conducting processes like chlorination,
oxidation and CO2 removal. A more recent application of bubble reactors is biodiesel
production. In this process, superheated alcohol vapor is bubbled through a liquid
medium containing the reactional substrate. The alcohol, after being transferred to the
liquid phase, reacts with the lipid feedstock to form mono alkyl esters (biodiesel)
through esterification and transesterification, according to the amount of free fatty acids
and triglycerides in the lipid feedstock. A bubble reactor experimental apparatus was
developed and used to conduct oleic acid esterification experiments by using
superheated ethanol vapor. The reactor was operated in the semi-batch mode, where the
effects of ethanol volumetric flow rate, reaction temperature and usage of gas sparger
were evaluated based on free fatty acid conversion. The results showed that all variables
evaluated presented strong effect on bubble reactor performance, where 98% conversion
was achieved at reaction temperature of 130°C and volumetric flowrate of 3.65 mL/min
in approximately 50 minutes of reaction. The usage of the gas sparger to generate
superheated ethanol bubbles increased the average conversion velocity in about 38%
compared to the experiments performed without gas sparger. A phenomenological
mathematical model was developed and implemented in MATLAB®
to describe and
analyze de process. The experimental data ware used to estimate the kinetic and mass
transfer parameters, as well as in model validation. The model fitted the experimental
data with a coefficient of determination R² of 0,987, besides showing great predictive
capability, which was used to simulate and analyze the process.
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