Esterificación de ácidos grasos en un reactor semi-intermitente sobre catalizadores SBA-15-SO3H

Abstract

In this thesis the behavior of a semi batch reactor for the esterification of oleic acid over SBA??15??SO3H solid catalyst for biodiesel production is analyzed. Since that the reaction is limited by the chemical-equilibrium and the reaction products are the ester and water (ester is the product of interest), the reverse reaction is accelerated, minimizing the ester production as the products concentration is increasing with the time of reaction. In order to increase the production of methyl ester (biodiesel), in this work shift the chemical equilibrium by eliminating water (reaction product) is proposed, which will increase the yield of biodiesel. The system was analyzed using a mathematical model, which consists of the experimentally obtained kinetic model, as well as the individual balances and the global material balance for a semi-intermittent reactor with water removal. The catalyst that was used is a mesoporous material, type SBA-15-SO3H with a molar ratio of Si/S=10, which has a large pore size and possess important acid properties, besides is a hydrophobic material with a remarkable thermal and catalytic stability. With this catalyst, an experimental kinetic study for the oleic acid esterification in the presence of methanol was performed at T=60-100 C. The adjustment of parameters was carried out and the kinetic constants of the direct and reverse reaction were obtained as well as the activation energy, which are within the values reported in the literature. With this kinetic model it was proceeded to the mathematical solution and analysis of the semi intermittent reactor with removal of water. With the proposed model, a parametric sensitivity analysis was carried out, the most important operation variables were studied and also its effect in the yield of biodiesel was analyzed.

En esta tesis se analizó el comportamiento de un reactor semi intermitente para la reacción de esterificación de ácido oleico con metanol sobre el catalizador sólido SBA-15-SO3H para producir biodiesel. Debido a que la reacción está limitada por el equilibrio químico y los productos de la reacción son un éster (biodiesel) y agua, a medida que transcurre el tiempo de reacción, aumenta la concentración de los productos y provoca la aceleración de la reacción inversa, limitando la producción de éster. Con el objeto de incrementar la producción de metil - éster (biodiesel), en este trabajo se propone desplazar el equilibrio químico mediante la eliminación de agua, producto de reacción, lo cual incrementará el rendimiento de biodiesel. El sistema se analizó mediante un modelo matemático, el cual consiste en el modelo cinético obtenido experimentalmente, así como de los balances individuales y el balance global de materia para un reactor semi intermitente con remoción de agua. El catalizador utilizado es un material mesoporoso del tipo SBA-15-SO3H con una relación molar Si/S=10, el cual tiene un tamaño de poro amplio y posee propiedades ácidas importantes, además es un material hidrofóbico y con notable estabilidad térmica y catalítica. Con este catalizador se realizó un estudio cinético experimental para la reacción de esterificación de ácido oleico con metanol a T=60-100 C. Se realizó el ajuste de parámetros y se obtuvieron las constantes cinéticas para las reacciones directa e inversa, así como el valor de la energía de activación, la cual está dentro del intervalo de valores reportados en la literatura. Con este modelo cinético reversible se procedió a realizar la solución y análisis matemático del reactor semi intermitente con remoción de agua. Con el modelo propuesto se realizó un análisis de sensibilidad paramétrico, se estudiaron las variables más importantes de operación y se analizó el efecto de estas sobre el rendimiento de biodiesel.