Cinética do processo heterogêneo de alcoólise alcalina de óleo vegetais em ésteres do biodiesel

Abstract

O processo de alcoólise do óleo vegetal de soja por via alcalina etílica e metílica foi avaliado experimentalmente e via modelagem fenomenológica. A operação em batelada ocorreu de 25 a 75 °C, em velocidades de agitação de 200, 400 e 600 rpm. Hidróxido de sódio foi utilizado como catalisador na concentração de 0,5% m/m em relação à massa do óleo. Foram elaborados modelos matemáticos cinéticos, considerando o processo como pseudo-homogêneo e heterogêneo líquido-líquido, capazes de descrever as evoluções temporais das concentrações de ésteres graxos individuais nas diferentes temperaturas. Aspectos físicos de transferência de massa e partição foram avaliados em processos não reativo e reativo de transesterificação, considerando interações e separações entre as fases óleo e álcool, e biodiesel e glicerina. Os efeitos da composição do meio de reação foram considerados sobre o coeficiente de transferência de massa admitindo-se que varia em função da concentração de triglicerídeo transferido. A resolução das equações dos modelos permitiu estimar valores para os parâmetros cinéticos, de transferência de massa e de partição dos processos. As reações químicas de transesterificação alcalina foram representadas por taxas de reação de segunda ordem, com os valores estimados para as constantes de velocidade variando entre 0,112 - 0,211 L mol⁻¹ min⁻¹ para a metanólise e 0,116 - 0,316 L mol⁻¹ min⁻¹ para a etanólise. As ordens de grandeza das energias de ativação dos processos se situaram de 36,16 a 61,66 kJ. mol⁻¹ para os biodieseis metílico e etílico. Os coeficientes de transferência de massa volumétricos dos triglicerídeos entre as fases óleo e álcool foram considerados variáveis com a concentração e assumiram ordens de 10⁻⁴ s⁻¹ para o metanol e 10⁻³ s⁻¹ para o etanol, enquanto os coeficientes de partição dos triglicerídeos apresentaram valores entre 0,989 - 0,665 para o metanol e 0,709 – 0,859 para o etanol. Entre as fases álcool:biodiesel e glicerina aquosa, os valores dos coeficientes de massa e de partição do glicerol atingiram valores de 𝛼ɢ = 6,84 × 10⁻² e 𝐾ɢ = 9,41 × 10⁻⁴ s⁻¹ com metanol; 𝛼ɢ = 4,29 × 10⁻² e 𝐾ɢ = 1,20 × 10⁻³ s⁻¹ com etanol.