Simulação e otimização da purificação do etanol via absorção e da produção de biodiesel via destilação reativa: uma abordagem multivariada

Abstract

Realizou-se um estudo de simulação e otimização, via planejamento fatorial, do processo de absorção para purificação do etanol e do processo integrado de absorção e destilação reativa para produção de biodiesel. Os softwares utilizados foram o Aspen Plus® e o Statistica® e os modelos termodinâmicos especificados no Aspen Plus® foram o NRTL para a purificação do etanol e o UNIFAC-Do para a produção de biodiesel. O solvente utilizado no estudo de absorção foi o glicerol, devido a sua obtenção como coproduto na reação de transesterificação. As correntes de alimentação da coluna de absorção foram etanol/água a 88%, 93,8% e 99,1% (m/m). A variável controlada fração mássica de etanol foi avaliada em função do número de pratos da coluna, da razão mássica solvente/corrente de alimentação e da temperatura do solvente (ºC). Além disso, realizou-se a validação do estudo de absorção através de teste estatístico t-Student ao nível de 95%. Na simulação do processo de produção de biodiesel avaliou-se a conversão do óleo em função da razão molar etanol/óleo, tempo de residência (min/prato teórico), razão de refluxo do etanol e número de pratos teóricos. A otimização dos processos foi realizada através de uma abordagem multivariada. Os resultados indicaram que, dentro da faixa de variação do solvente estudada entre 20-150kg/h, foi possível obter etanol com pureza acima de 99,9% (m/m) com as correntes de alimentação de etanol a 93,8% e 99,1% (m/m). As condições ótimas de operação do processo de absorção incluíram a vazão de glicerol de 150kg/h na temperatura de 27ºC e uma coluna de 6 pratos teóricos para as correntes de alimentação de etanol a 88% e 93,8% (m/m). No processo com corrente de alimentação de etanol a 99,1% (m/m) a vazão ótima de glicerol foi de 100kg/h. No estudo do processo de produção de biodiesel etílico via destilação reativa as condições ótimas incluíram razão molar etanol/óleo igual a 12, 6 pratos teóricos, razão de refluxo total do etanol e tempo de residência/prato teórico de 8min. Nesta condição a conversão de óleo foi acima de 99%. O processo integrado e otimizado de absorção e destilação reativa se mostrou eficaz na obtenção de etanol anidro com pureza acima de 99,9% (m/m), conversão de óleo acima de 99% e rendimento de biodiesel de 98%. Ele foi proposto como uma inovação tecnológica, capaz de ser implementado em um único equipamento de processo, ou seja, em uma única coluna.