Extensión Porlamar

Prof. Cesar Velásquez.

Realizado por:

Marlin González

C.I 17.897.149

Porlamar, Mayo de 2015.

Instituto Universitario Politécnico

“Santiago Mariño”

INTRODUCCION

El crecimiento exponencial de la población mundial sería en última instancia

conducir a aumentar la demanda de energía en el mundo. El petróleo es una

fuente de energía no renovable, lo que significa que los recursos de este tipo de

combustibles fósiles son finitos y estaría agotado tras su uso continuo. Tanto a la

escasez de recursos y aumento del precio de la gasolina ha llevado a los

resultados de la nueva alternativa y renovable fuentes de energía [1]. Biodiesel se

define como un combustible compuesto por éteres de alquilo mono-de ácidos

grasos de cadena larga derivados de aceites vegetales o grasas animales [2]. No

es tóxico, biodegradable y disponible, tiene un alto valor de calor, alto contenido

de oxígeno (10 a 11%) y no contiene sulfuros y compuestos aromáticos [3]. El

biodiesel es un planta deriva del producto, y que contiene oxígeno en su molécula,

por lo que es un limpiador la quema de combustible de gasolina y Diesel [4].

Varios estudios han mostrado que el biodiesel es un combustible mejor que el

diesel de origen fósil en términos de rendimiento del motor, emisiones reducción,

lubricidad, y los beneficios ambientales [5,6]. Los materiales de alimentación de

corriente de producción de biodiesel o éster de alquilo-mono son aceite vegetal,

grasas animales y micro aceite de algas.

En medio de ellos, el aceite vegetal se utiliza actualmente como materia

prima comercial sostenible. Entre los más de 350 petrolífera identificado cultivos,

sólo de girasol, aceites de cártamo, soja, semillas de algodón, de colza y maní son

considerados como posibles combustibles alternativos para motores diesel [7] El

aceite vegetal es uno de los combustibles renovables que se han vuelto más

atractivo recientemente debido a sus beneficios ambientales y el hecho de que es

a partir de recursos renovables [8] aceite .Vegetable tiene una viscosidad

demasiado alta para su uso en la mayoría de los motores diesel existentes como

un aceite combustible de reemplazo recta. Uno de los más métodos comunes que

se utilizan para reducir la viscosidad del aceite en la industria del biodiesel se

llama transesterificación [9]. Muchos de los investigadores han estudiado la

transesterificación de producción de biodiesel. Estos estudios [10-12] muestran

que la transesterificación se compone de un número de reacciones reversibles,

consecutivas. Los triglicéridos son primero reducidos a diglicéridos. Los

diglicéridos se redujeron posteriormente a mono- glicéridos. Las condiciones

óptimas para la transesterificación de aceites vegetales para producir éter metílico

fueron determinados por los investigadores anteriores que produjeron un

conversión máxima de diversos aceites a los éteres metílicos.

Los catalizadores convencionales utilizados para la transesterificación son

los ácidos y álcalis, tanto líquido y heterogénea, dependiendo del aceite usado

para la producción de biodiesel. El uso de catalizadores ácidos se ha encontrado

para ser útil para el pre tratamiento libre de alta materiales de alimentación de

ácidos grasos, pero las velocidades de reacción para la conversión de triglicéridos

a metilo éteres son muy lentos. Contenido de ácidos grasos son los principales

indicadores de las propiedades de biodiesel ya que la cantidad y el tipo de

contenido de ácido graso en el biodiesel en gran parte determinar su viscosidad.

El biodiesel a partir del aceite de cocina usado contenía la más alta cantidad de

contenido de ácidos grasos libres, un promedio de 4,4%. Los aceites vegetales

puros sólo contenían aproximadamente 0,15%, que están dentro de los niveles

permitidos para ser utilizado directamente para la reacción con un catalizador

alcalino para producir biodiesel [13]. Hossain et al. Obtenido la más alta

aproximadamente el 99,5% de rendimiento biodiesel se requiere bajo condiciones

óptimas de 1: 6 volumétrica de aceite a la proporción de metanol y 1% Catalizador

de KOH a 40 ° C la temperatura de reacción. La investigación demostró que

biodiesel obtenido en condiciones óptimas de girasol puro aceite de cocina y

aceite de girasol de cocina usado era de buena calidad y podría ser utilizado como

un combustible diesel que consideró como la energía renovable y el proceso de

reciclaje del medio ambiente de residuos de aceite después de freír [14]. Por lo

tanto, los objetivos de nuestro trabajo fueron evaluar los efectos de los parámetros

de reacción de la temperatura, la concentración de catalizador y relación molar de

metanol a aceite en el rendimiento de biodiesel y para optimizar la reacción de

condiciones utilizando RSM. Se analizaron las propiedades de éter de metilo

producido y la calidad del biodiesel se comparó con petro-diesel.

MATERIALES Y EQUIPOS

Materiales

El aceite de girasol se adquirió de tienda local.

El metanol con una pureza de 99,5%

Hidróxido de potasio (KOH) se adquirieron de Merck Company.

Equipos

Dispositivo que se utiliza en este trabajo incluye reactor,

Agitador superior.

El reactor empleado era un LR 2000P ampliable de forma modular

El reactor de laboratorio IKA era de doble pared con camisa 2 litros

vasos disponibles en acero inoxidable, con válvula de descarga inferior.

Un mezclador con 8-290 rpm modelo de control-Visc EUROSTAR Poder P7

agitador de arriba por se utilizó mezclar el medio de reacción. La temperatura

dentro del reactor era controlada por un baño de agua caliente.

EXPERIMENTOS Y METODOS

Varios tipos de aceites se pueden utilizar para la producción de biodiesel. la

mayoría de tipos comunes de aceites son aceite de girasol. Los experimentos

cinéticos de reacción por lotes fueron empleados para optimizar varios parámetros

en la producción del metilo éteres. Las reacciones de transesterificación se llevan

a cabo en diversas condiciones a determinar las condiciones óptimas de

transesterificación. Dos litros de aceite de girasol vierte en el reactor y se dejó

equilibrar a la temperatura de reacción a 290 rpm. El agua caliente que circula en

la camisa del reactor proporcionó el necesario calor para la reacción. Cantidades

variables de catalizador se disolvieron en diversas cantidades de metanol como se

describe en cada prueba. Después de alcanzar una necesaria temperatura, se

añadió el metóxido de potasio al reactivo y era mantenido durante 2 horas para la

finalización de la reacción.

Después de 2 horas se terminó la reacción de transesterificación y mezcla

fue retirado del reactor y se vierte en el separador de embudo para separa

biodiesel a partir de glicerol. La separación de dos fases que se realiza por

gravedad requiere al menos 4 horas. El glicerol y el biodiesel tienen un profundo

color amarillo rojo y brillante color. Después de la separación de biodiesel, se debe

lavar a cabo de impurezas y agentes sin reaccionar. El biodiesel se lavó 10 veces.

En la primera vez, lavado del biodiesel debe hacerse lentamente y con cuidado

para evitar el jabón formación. Un litro de agua destilada caliente se utiliza por 1

litro de biodiesel. En los próximos tiempos, el procedimiento de lavado se puede

hacer más rápidamente hasta que el color de turnos de agua a blanco.

Finalmente, el biodiesel se secó completamente por Jell sílice.

PROPIEDADES FÍSICAS DEL BIODIESEL.

Propiedades físicas del biodiesel que se produce se midieron en las óptima

condiciones en el laboratorio de la refinería de petróleo de la Abadan y se

muestran en la Tabla 1.Estos resultados se tabulan y se compara con la norma

ASTM y petro-diesel. Ella se encuentra que los resultados se dibujan en el

estándar ASTM y se compara bien con petro-diesel. Se observó que el punto de

inflamación de biodiesel es 170 cuando la de petro- diesel es de aproximadamente

60 que ayuda al transporte de biodiesel, pero debe ser mezcla con petro-diesel

para una mejor combustión en el motor. La viscosidad cinemática del biodiesel

a los 40, fueron mayores que la de petro-diesel y es 3,6 cSt. Este biodiesel tiene

una cobre tira de la corrosión de 1a que indican que este combustible no es

corrosivo.

Valor de calentamiento del biodiesel era 39,58 MJ / kg, que es menor que la

de petro- diesel pero sólo 9 por ciento. La razón para el valor calorífico inferior de

biodiesel es la presencia de oxígeno unido químicamente en los aceites vegetales

que disminuye su calentamiento valores.

En este trabajo, el biodiesel tiene un índice de cetano 49,2 que es mayor

que la de ASTM. Punto de biodiesel en nube es -5 al punto de turbidez máxima de

petro-diesel es 2. Se encontró que el biodiesel tenía un punto de enturbiamiento

mayor que petro-diesel porque biodiesel producido a partir de aceites vegetales

que tienen de FFA que estos ácidos grasos libres provocar un punto de

enturbiamiento mayor de biodiesel de petro-diesel. Cualquiera que sea graso

saturado ácidos ser más altos en el petróleo, el biodiesel producido tiene un punto

de enturbiamiento más pobre. Carbono residuo de biodiesel fue menor que la de

petro-diesel que es de aproximadamente 0,002% en peso. El biodiesel tiene una

cantidad insignificante de azufre en relación con petro-diesel. El metanol se

producido a partir de maíz y el maíz tiene azufre; por lo tanto, el biodiesel tiene un

insignificante cantidad de azufre.

MÉTODO DE SUPERFICIE DE RESPUESTA.

Un diseño compuesto central de la RSM es el más comúnmente utilizado en

experimentos de optimización. El método incluye un diseño factorial completa o

fraccionada con puntos centrales que se aumentan con un grupo de puntos

estrella. Como la distancia desde el centro del espacio de diseño a un punto

factorial se define como ± 1 unidad para cada factor, la distancia desde el centro

del espacio de diseño a un punto neutro es α ± con | α |> 1. En este estudio, el

diseño compuesto central se utiliza para optimizar variables de operación

(temperatura, concentración de catalizador y petróleo para relación metanol) para

lograr un alto valor de producción de biodiesel. Los valores codificados de las

variables eran determinados por la siguiente ecuación.

Donde xi es el valor codificado de la variable i, Xi es el valor codificado de

la variable de prueba y X0 es el valor codificado de la variable de prueba ith en el

centro punto. La gama y niveles de las variables individuales se dan en la Tabla 2.

La diseño de experimento se dan en la Tabla 3. El valor de rendimiento de

biodiesel es la respuesta. Se realizó el análisis de regresión para estimar la

respuesta funcionan como un polinomio de segundo orden.

Donde Y es la respuesta predicha, βi y βij se estima a partir de los

coeficientes regresión, que representan el lineal, cuadrática y cúbica efecto de x1,

x2, x3 ...en la respuesta.

Todos los resultados se expresan como media ± desviación estándar de seis

ratones en cada grupo. A determinar el efecto del tratamiento, los datos se

analizaron mediante análisis de una forma de varianza (ANOVA) de medidas

repetidas. P-valores inferiores a 0,05 fueron considerados como significativo.

Estos valores significativos fueron evaluados con pruebas de rango múltiple de

Duncan. Los datos fueron analizados .mediante el paquete estadístico "SPSS 16.0

para Windows"

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Montaje del modelo

Como se mencionó anteriormente, se utilizó RSM para optimizar la reacción

de transesterificación y los resultados experimentales se presentan en la Tabla 3.

Los rendimientos experimentales fueron analizados para obtener un modelo de

regresión. Los valores predichos de rendimiento de biodiesel fueron calculado

utilizando el modelo de regresión y se compara con los valores experimentales.

Los coeficientes estimados del modelo de regresión se dan en la Tabla 4. La gran

valor del coeficiente de determinación múltiple (R2 = 0,927) revela que la

modelo representa adecuadamente los resultados experimentales.

El efecto de las variables como coeficientes lineales, cuadráticas, o de

interacción en la respuesta fue probado para la significación por ANOVA. Como

se muestra en la Tabla 4, puede ser encontró que la variable con el efecto más

significativo sobre el rendimiento de aceite fue la término lineal de temperatura (p

<0,001), metanol al cociente de aceite (p <0,05) y Catalyst concentración (p

<0,01), seguido por los términos cuadráticos de metanol a la proporción de aceite

(p <0,001) y la concentración de catalizador (p <0,01) y las interacciones entre

la temperatura y la relación de metanol a aceite (p <0,05) y la temperatura y el

catalizador concentración (p <0.05) tuvo efectos significativos en el rendimiento de

aceite.

Análisis de superficie de respuesta

Superficie de respuesta se ha aplicado con éxito para la optimización de

biodiesel la producción de grasa y aceite de materias primas, incluyendo el

petróleo mahua [15], el aceite de Jatropha [16], aceite de colza de residuos [17] y

grasa animal [18]. RSM puede ser ilustrado con tres parcelas dimensionales

mediante la presentación de la respuesta en función de dos factores y

manteniendo la otra constante. Se visualizó por el rendimiento de biodiesel en

relación con la temperatura, el metanol a la proporción de aceite y la

concentración del catalizador en la Figura 2 a 4. Figura 2 indica la parcela de

superficie de la reacción de transesterificación de granada dió como una función

de la temperatura y metanol a la proporción de aceite a Catalizador

concentración de 0,679% en peso. Esta figura muestra que la temperatura y la

relación molar de alcohol al petróleo tiene un efecto directo sobre el rendimiento

de éster metílico pero hasta la cerca temperatura de alcohol y 6 hirviendo: 1

relación molar, entonces el rendimiento de biodiesel disminuido con el aumento de

la relación de temperatura y molar de alcohol a aceite. Algunos obras informó la

reacción a temperatura ambiente; la mayoría de las investigaciones han centrado

en la transesterificación en el punto de ebullición cerca de alcohol. La temperatura

tiene una influencia importante en la velocidad de reacción y llevado a una mayor

conversión de éter. Con el aumento de la temperatura de reacción, el rendimiento

de biodiesel aumentó rápidamente a cerca del punto de ebullición del alcohol. A

temperaturas bajas, relativamente baja conversión a éter metílico evidente debido

al estado subcrítico de metanol. A mayor temperatura de punto de metanol en

ebullición, el alcohol se evapora y el rendimiento fue de disminuido. También

metanol al cociente de petróleo tuvo un efecto significativo que produce

disminución dramáticamente en alto valor de esos. Con el aumento de la relación

molar de metanol a aceite, OH grupo presente en el alcohol reacciona con los

triglicéridos y el plomo a la hidrólisis reacción que a su vez conduce a la formación

de jabón. La interacción de estas variables es interés que en que el valor óptimo

de variación de la temperatura de metanol a relación de aceite cambia el

rendimiento de la reacción en gran medida. Con una mayor relación molar de

alcohol a aceite, triglicéridos se convierten en éter metílico de ácidos grasos. Por

lo tanto lleva a cabo la reacción inversa lo que conduce a la formación de jabón

que es difícil separar y el rendimiento de éter disminuido.

Rendimiento de biodiesel reduce cuando la concentración de KOH aumentó

de 0,679 % en peso, como se muestra en la Figura 3, porque con el aumento de

concentración de KOH, jabón se formó de manera exponencial con la

concentración de catalizador y menor cantidad de biodiesel puede separar de

glicerol. Los jabones resultantes no sólo reducen el conversión de éter, pero

también causan otros problemas asociados con la fase separación. El efecto de la

interacción de metanol a la proporción de aceite y el catalizador concentración

había mostrado en la Figura 4. Parece que el efecto del catalizador la

concentración en el metanol a la proporción de aceite es rara y el valor de la

interacción coeficiente (p> 0,05) demuestran este hecho.

Optimización de la condición de extracción.

Con el fin de optimizar las condiciones de reacción, las primeras derivadas

parciales de la modelo de regresión se equipara a cero según X1, X2, X3 y

respectivamente. El resultado se calculó como sigue: X1 = 48, X2 = 6,825 y X3 =

0,679. Bajo tales condiciones, el rendimiento de biodiesel se predijo a ser 97,54%.

la experimental trabajo en esta condición se realizó debido a un rendimiento

máximo experimental. en esto trabajo, mayor rendimiento de éter metílico a una

temperatura de 48 °C, la concentración de catalizador de 0,679% en peso, 290

rpm del agitador, 2h y metanol al cociente de aceite de 6,825: 1 es

obtenido 98,181%.

CONCLUSIÓN

Metodología de superficie de respuesta se aplicó con éxito para

transesterificación de metanol. Los coeficientes de regresión altos de la segunda

para polinomio mostraron que el modelo estaba bien equipado con los datos

experimentales. El ANOVA implicaba que la relación molar de alcohol a aceite;

temperatura de reacción y concentración de catalizador tiene el gran factor

importante que afecta el rendimiento de biodiesel. La producción de biodiesel tiene

un comportamiento negativo por cuadrática la temperatura, la relación molar de

alcohol a aceite y la concentración de catalizador. Fue predicho que la condición

de reacción óptima dentro del rango experimental haría ser la relación molar de

6,825: 1 y la temperatura de 48 ° C y la concentración de KOH igual a 0.679wt%.

En la condición óptima podemos llegar a producir de 98.181%. El éter de metilo

que produce en condiciones óptimas tiene propiedades aceptables y se compara

bien con petro-diesel. Dispone de azufre inferior, residuo de carbono y ácido

número de petro-diesel, pero la viscosidad cinemática, el número de cetano y

calefacción valor de petro-diesel es mejor relativa a biodiesel. Finalmente,

podemos concluir que el biodiesel será una alternativa adecuada para la

sustitución de petro-diesel sin ninguna modificación en el motor.

REFERENCIAS 1. Hossain ABMS, Mekhled MA (2010) Biodiesel producción de combustible a partir de residuos de canola aceite de cocina como la energía sostenible y el proceso de reciclaje ambiental. AJCS 4: 543-549. 2. Vicente G, Martínez M, Aracil J (2007) Optimización de biodiesel integrada producción. Parte 1. Un estudio de la pureza del biodiesel y el rendimiento. Bioresour Technol 98:1742-1733. 3. Demirbas A (2003) los combustibles de biodiesel a partir de aceites vegetales vía catalítica y no transesterificaciones alcohol supercríticos catalíticos y otros métodos: una encuesta. Conversión de Energía y Gestión 44: 2093-2109. 4. Sastry GSR, Krishna Murthy ASR, Ravi Prasad P, K Bhuvaneswari, Ravi PV (2006) Identificación y determinación de biodiesel en diesel. Fuentes de Energía, ParteA 28: 1337-1342. 5. Canakci M, Gerpen JV (2000) El efecto de color amarillo éster metílico de la grasa en el motor rendimiento y emisiones. Informe final: Reusar y Reciclar Tecnología Centro de Transferencia. Publicación 2000-134. 6. Peterson CL, Reece DL, Hammond BL, Thompson J, Beck SM (1997)Procesamiento, Caracterización y rendimiento de los Ocho Combustibles de lípidos. Appl Eng Agric 13: 71- 79. 7. Demirbas A, Kara H (2006) Nuevas opciones para la conversión de aceites vegetales a Combustibles alternos. Fuentes de Energía, Parte A: Recuperación, Utilización y Ambiental Efectos 28: 619-626. 8. Demirbas A (2005) La producción de biodiesel a partir de aceites vegetales a través catalítico y métodos de transesterificación metanol supercrítico no catalíticos. Avances en Energía y la combustión Ciencia 31: 466-487. 9. Demirbas A (2008) Comparación de los métodos de transesterificación para la producción debiodiésel a partir de aceites y grasas vegetales. Energ Convers Administrar 49: 125-130. 10. Noureddini H, ZHN D (1997) Cinética de transesterificación de aceite de soja. Aplicada Eng en Agric 74: 1457-1463. 11. Freedman B, Butterfield RO, Pryde EH (1986) cinética de transesterificación de aceite de soja. Revista de la Sociedad Americana de Químicos de Aceite 63: 1375-1380. 12. Darnoko D, Cheryan M (2000) Cinética de transesterificación Aceite de Palma

en un reactor discontinuo. Revista de la Sociedad Americana de Químicos de Aceite 77: 1263-1267. 13. Gerpen JV (2005) de procesamiento y producción de Biodiesel. Procesamiento de combustible Tecnología 86: 1097-1107. 14. Hossain ABMS, Boyce AN (2009) Producción de Biodiesel a partir de residuos de girasol Aceite para cocinar como un Proceso de Reciclaje Ambiental y Energías Renovables. Diario Búlgara de Ciencias Agrícolas 15: 312-317 15. GhadgeSV, Raheman H (2006) Optimización de procesos para la producción de biodiesel es de mahua (Madhuca indica) la metodología de superficie de respuesta aceite usando. Bioresource Technol 97: 379-384. 16. Tiwari AK, Kumar A, Raheman H (2007) La producción de biodiesel a partir de Jatropha aceite con altos ácidos grasos libres: Un proceso optimizado. Biomasa Bioenergía 31: 569- 575. 17. Yuan X, Lui J, Zeng G, Shi J, Tong J, et al. (2008) Optimización de conversión de aceite de colza de residuos con alta FFA de biodiesel utilizando superficie de respuesta metodología. Renovar Energía 33: 1678-1684. 18. Jeong GT, Yan HS, Parque DH (2009) Optimización de transesterificación de éster grasa animal utilizando la metodología de superficie de respuesta. Bioresource Technol 100:25-30.