APLICACIÓN DE CASCARA HUEVO COMO CATALIZADOR PARA LAOBTENCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE RESIDUAL DE

ANIMALES Y VEGETALES

INTEGRANTES:

-Carlos Stiven Argote-Daniela Soto

-Joselin Trujillo-Luis Eduardo Lemos

INSTRUCTOR:-Marcelo Alexander Guancha

QUIMICA APLICADA A LA INDUSTRIAFICHA: 478951INTRODUCCIÓN

Actualmente los biocombustibles se encuentran en un constantecrecimiento debido a la problemática ambiental y altosprecios de hidrocarburos, de tal forma que distintos paísesse encuentran desarrollando nuevas tecnologías para obtenerbiocombustibles, entre las cuales se pueden mencionarbioetanol, biogás, hidrogeno y biodiesel. El Biodiesel consiste en la esterificación de ácidos grasoscon alcoholes, usualmente metanol y etanol; los ácidos grasosproviene de aceites vegetales y grasas animales dichareacción se realiza en presencia de un catalizador adecuado.Los catalizadores utilizados en la reacción detransesterificación se dividen en dos grupos principales decatalizadores homogéneos y heterogéneos. El uso de uncatalizador homogéneo requiere amplios costos operacionalestales como la generación de grandes cantidades de aguasresiduales, dificultad para su disposición final debido a quenecesita previa neutralización además su recuperación yreutilización, en comparación con un catalizador heterogéneoel cual puede ser utilizado debido a su fácil reutilización yrecuperación, bajo costo y alta disponibilidad, uno de elloses el óxido de calcio el cual es utilizado para reacciones detransesterificación cuya fuente natural es la cáscara dehuevo o de concha de molusco. La cascara de huevo es un residuo generado durante elprocesamiento de alimentos; esta pesa aproximadamente 10% dela masa total del huevo de gallina. La cáscara de huevo está compuesta por carbonato de calcio(CaCO3) 94%, carbonato de magnesio 1%, fosfato de calcio 1%y materia orgánica ( 4 %). Debido a su alto contenido de

CaCO3 y la disponibilidad como residuo, la cascara de huevose puede aprovechar para obtener un catalizador heterogéneo,como alternativa para la reacción de transesterificación degrasas en la síntesis de biodiesel.

En esta investigación se busca obtener un catalizador apartir la cáscara de huevo para la producción de biodiesel,modificando la temperatura de calcinación de la cascara,concentración del catalizador y la relación alcohol – grasaLa Cáscara de huevo tiene un poco desarrollada su porosidad yel CaCO3 puro como un importante constituyente.

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERAL

Obtener biodiesel a partir de residuos de aceite vegetal y animal utilizando como catalizador cascara huevo.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Obtener la mayor conversión de grasa a biodiesel modificando la temperatura de calcinación de la cascara de huevo, la relación grasa/alcohol, concentración del catalizador.

Determinar la pureza, según los estándares que describen los requisitos para el biodiesel de la norma 14214-2008.

ALCANCE

Este procedimiento iniciara desde la recolección de la materia prima (cascara de huevo y residuos de aceite vegetal y grasas animales), para la obtención del biodiesel y la recolección del catalizador oxido de calcio de la cascara de huevo.

CONDICION GENERAL

Este procedimiento se debe llevar a cabo con personal capacitado, para la recolección de la materia prima, eliminación de impurezas,optimización de la muestra, incluyendo laboratorios adecuados parala elaboración del procedimiento con los equipos necesarios (Hornode Secado, Horno de Mufla, Reactor Autoclave).

RESPONSABLES

DESARROLLO DE ACTIVIDADES

Método Transesterificación

1. Actividad:

Preparación de catalizador:

Recolección de la cascara de huevo.

Para eliminar la impureza y el material de lainterferencia, la cáscara del huevo se enjuaga variasveces con agua des ionizada, las membranas se eliminanmanualmente.

A continuación, la cáscara del huevo se secó a 100 ° Cdurante 24 h en el horno de secado.

La calcinación se realiza en el horno de mufla a una temperatura de 800°C en aire ambiente con una velocidad de calentamiento de 10°C/min durante 4h bajo aire estática después de la trituración de la cáscara de huevo seca, se obtiene como producto un polvo blanco.

Obtención del catalizador Oxido de Calcio.

2. Actividad:

Acondicionamientos de la materia prima y los insumos:

Para el acondicionado del aceite desechado (materia prima) serealiza las operaciones de filtrado, desgomado y secado.

La operación de filtrado es necesaria debido a que losaceites desechados de frituras contienen inicialmentesólidos suspendidos. Dicha operación  se realiza  atemperatura ambiente  y se utiliza tres tamices  de200µm,  180µm  y 75µm,  que se ordenan  de mayor a menortamaño para formar un filtro.

El desgomado tiene por objetivo eliminar sustancias coagulables (solidificar un líquido) y separablespor hidratación,  que son  descartadas  en forma  de unamasa gomosa.  Estas  gomas  tales como sales, minerales,proteínas,  fosfatos  y otros, son la parte que corresponde  a la fracción no glicerina de los aceites.

Por último,  se realiza el secado donde  se elimina elagua captada por el aceite por medio  de la elevaciónde la temperatura entre 90 y 100ºC  a 0,75 atmósferas,por 15 minutos.

Otro requisito  importante para producir   biodiesel  esque el  alcohol  (insumo) se encuentre  con  una  purezadel  99,5%  o mayor,  prácticamente  libre  de  agua,para disminuir la posibilidad de formación de jabón. En el caso del metanol se realiza una destilación fraccionada a partir de un alcohol de grado técnico del 70% de pureza.

Experimento

Las reacciones se llevan a cabo en un reactor autoclave de teflón línea.Se opera de 450 a 900W, con una temperatura de 120°C durante 4minutos.

Luego se deja decantar  por 12 horas  para  separar  elbiodiesel  y la glicerina.

A continuación se procede a la recuperación de metanol yal lavado del biodiesel. Con un embudo de separación se elimina el exceso de metanol en la fase superior.

El producto de biodiesel se lava con agua des ionizada varias veces hasta que el lavado se haga evidente.

Se añade sulfato de sodio al producto con el fin de adsorber el exceso de agua.

El producto se filtra antes del análisis, con el fin deverificar que no se encuentre contaminación alguna.

Obtención del biodiesel.

3. Actividad:

La reutilización del catalizador.

El catalizador utilizado es separado por centrifugación,y se puede reutilizar para una siguiente prueba de reacción sin tratamiento previo o regenerar. El catalizador podría ser reutilizable por lo menos 5 veces.

El catalizador se puede regenerar simplemente por simplecalcinación. Por lo tanto, el catalizador derivado de lacáscara de huevo puede ser reutilizado y se regenera (Horno de mufla).

DISEÑO EXPERIMENTAL

FACTORES:

TEMPERATURA

TIEMPO

RELACIÓN GRASA/ALCOHOL Y CONCENTRACION DEL CATALIZADOR.

Cantidades Posibles MAXIMAS Y MINIMAS:

NIVELES DE TEMPERATURA:

Mínima: 80°C

Máxima: 140°C

NIVELES DE TIEMPO:

Mínima: 2min

Máxima: 4min

RELACIÓN GRASA/ALCOHOL

Mínima: 9:1

Máxima: 15:1

TEMPERATURA TIEMPO RELACIÓN GRASA/ALCOHOL

80°C 2min 9:1120°C 4min 12:1140°C 6min 15:1

De todos los catalizadores heterogéneos, el CaO es de particular importancia. Granados et al. [15] estudiaron la optimización de biodiésela través de transesterificación de aceite de girasol usando CaO. La óptima condiciones de reacción fue de relación de 13:01 M de metanol al aceite, catalizador de 3 en peso.%, temperatura de 60? C y tiempo de reacción de 100 min, lo que ha dado lugar a un rendimiento de 94%; el catalizador se reutilizó durante 8 ciclos. También encontraron que debe mantenerse superficie del catalizador lejos del aire para evitar el envenenamiento de los sitios activos de la atmósfera CO2 y H2O [15]. Liu et al. [16] en comparación con la actividad de CaOcon K2CO3/c-Al2O3 y KF/c-Al2O3 catalizadores y observaron CaO catalizador que tenía alta reutilización (20 ciclos), mientras K2CO3/c- Al2O3 y KF/c-Al2O3 catalizador fueron incapaces de mantenerse activo y después de cada uso que afectan a la eficiencia de la producción de biodiesel. También informaron de si la cantidad de agua era poco (2,2% relación molar de soja

aceite) su presencia afectó positivamente la eficiencia, ya que aumento de la función básica de los sitios activos [16]. Kouzu et al. [17] CaO producido catalizador después de la calcinación de piedra caliza triturada en un temperatura de 900 ° C durante 1,5 h, y se investigó la óptima condiciones de reacción. El rendimiento de la producción alcanzó el 93%, con 12:01 relación Mde metanol al aceite, 500 rpm de agitación durante 2 horas [17]. En orden para aumentar la actividad, Albuquerque et al. [18] producido CaO catalítica soportado sobre sílice mesoporoso como SBA-15, MCM-41 y sílice de combustión desde la que el óxido de calcio 14 en peso.% soportado sobre SBA-15 mostró la mayor actividad y la conversión obtenida fue del 95% [18]. Veljkovic etal. [19] estudiado la cinética de la producción de biodiesel a partir de girasol en la presencia de catalizadores de CaO y se obtenido la temperatura óptima para la calcinación del catalizador. En temperatura de calcinación de 550? C, relación de6:01 M de alcohol a aceite, 1 en peso.% De catalizador, y la temperatura de 60? C y tiempo de reacción de 2 h el rendimiento de biodiesel obtenido fue de 98% [19]. Óxido de calcio es abundante en la naturaleza, y muchos estudios [7,20 - 30] han investigado estos recursos hasta ahora. Nakatani et al. [20] concha de ostra combustión utilizados como catalizadores de transesterificación reacción de aceite de soja. Se calcinaron conchas de ostras durante 3 horas a temperaturas de 100, 500, 700,800, 900 y 1000? C y se observaron que los patrones de difracciónde rayos X de conchas de ostras quemados a temperaturas por encima de 700? C son similares a los diagramas de XRD para el CaO.Usando factorial diseño y la metodología de superficie de respuesta, se optimizan condiciones de reacción y se encontraron con que el tiempo de reacción y el catalizador concentración fueron los factores más importantes que afectan a biodiesel pureza; los valores optimizados eran 5 h, y 25% en peso, respectivamente. [20].

Calcinación

temperatura se investigó en tres niveles: 950, 1000 y

1050 C; concentración de catalizador se investigó en tres niveles?:

6, 9 y 12% en peso;. Relación molar de metanol a aceite se investigó

en tres niveles: 12:01, 18:01 y 24:1. El número total de pruebas

fue 15, que incluyó 13 ensayos con dos repeticiones en el centro

punto para identificar los errores.

Efecto de la potencia de microondas

Con el fin de determinar las condiciones óptimas paramétricos parala producción de biodiesel (representado como FAME) asistido por irradiación de microondas , el efecto de la potencia suministrada por él Se estudió horno de microondas . En primer lugar , se realizaron los experimentos a cabo en el aceite de oleína de palmay sin tratamiento previo a 18:01 MeOH / aceite con una relación molar energía suministrada de 900 W durante 3 miny carga de catalizador de 10 % en peso . El resultado FAME % se muestra en lafigura. 3dilucidado el efecto de la potencia de microondas a 450 W( 2,6 % FAME ) , 600 W ( 5,5 % FAME ) y 900 W ( 40,4 % FAME) . Estaba claro que mayor potencia de microondas dio lugar a un rendimiento más alto de biodiesel. Asíla potencia de microondas de900 W sería elegido para análisis adicionales.

La asistida por microondas reacción de transesterificación sobre catalizadores derivados de la cáscara de huevo pueden proceder conuna reacción rápida tiempo . Se consideró que las reacciones químicas relacionadas son acelerado por energía de microondas , dando lugar a una intensa localizada calefacción y acelerando de este modo la reacción química y dando altos rendimientos de productos en poco tiempo [ 33,36,37 ] . Sin catalizador ,el FAME %obtenida fue extremadamente baja está por debajo de 1 % bajo condiciones de microondas .

3.2.2 . Efecto del tiempo de reacción y tiempo de mantenimiento

El rendimiento del catalizador CaO derivadas de conformidad con microondas condiciones se llevó a cabo adicionalmente para estudiar la influencia de la reacción tiempo, así como el tiempo de retención ( sinirradiación por microondas ) de el FAME %. El experimento se llevó a cabo como un proceso de dos pasos ,con y sin irradiación de microondas , respectivamente . En la primera fase , la reacción se lleva a cabo bajo irradiación de microondas para 1-4 min , y posteriormente se detuvo la reacción de transesterificacióninmediatamente por temple en un baño de hielo .En la siguiente fase , la reacción después de la irradiación de microondas se detuvo en 4 min , y el la reacción se dejó proceder ( que representa al tiempo de retención de 5 , 10 y 30 min ) . Como se muestra en la figura .4 , dentro de la primera 3 min , el FAME % aumentado rápidamente a 40,4 % y en un tiempo de reacción de 4 min , el alto se consiguió una conversión del 72,2 % de FAME . Dado que la acumulación de energía de irradiación de microondas en el interior del sistema (solución dentro de la autoclave ) podría mantener la reacción , por lo que el sistema dereacción se llevó a cabo en el autoclave sin más la oferta de microondas. Como resultado , el rendimiento de la producción de biodiesel aumentó aún más de 72,2 de 90,3 , 92,2 y 94,2 % FAME cuando el tiempo de mantenimiento se amplió a 5 , 10 , y 30 min, respectivamente . Cabe señalar que la temperatura de aceite irradiada por microondas durante 4 minutos fue de 122 ◦ C.

EL BIODIESEL PUEDE SER SINTETIZADO POR TRASESTRIFICACION ALTA

. Evaluación de la actividad del catalizador en la transesterificación de aceite de palma

con metanol

La cáscara de huevo no modificado se calcinó a diversas temperaturas

(500, 600, 800 y 830 ° C) durante 4 h y empleado como catalizador para

transesterificación en los experimentos preliminares. La diferente

parámetros experimentales estudiados incluyen la carga del catalizador (3 y

6 en peso.% De aceite), relación molar metanol / aceite (09:01-20:01) y la reacción

tiempo (3 y 5 h). Los experimentos preliminares incluyeron el uso

de calcinado sin modificar en catalizadores de transesterificacióna 65? C,

3 h de reacción, en peso 3.% De catalizador con respecto al peso de los

aceite, y metanol / relación molar de 9:1 de aceite. Del mismo modo, la actividad de la

catalizador modificado se ensayó en la transesterificación. Los ensayos en

el Diseño de Experimentos configuración contenía 53 ml de aceite, 27 ml

de metanol 1,42 g de catalizador de carga 3 en peso.% (A), el tiempo de reacción de

5 h (B) y el alcohol: relación de aceite de 12:01 (C). Fueron acusados el contenido

en un reactor de vidrio de 250 ml de tres bocas equipado con un condensador

y se mantuvo a 65 ° C durante la duración del ensayo. Todas las carreras eran

llevado a cabo a presión atmosférica.

2.5. Diseño experimental para la transesterificación del aceite depalma con

metanol y optimización de diseño compuesto central (CCD)

CCD es los diseños factoriales fraccionales más utilizados para

la construcción del modelo de superficie de respuesta de segundo orden que

formada por puntos de cubo que vienen desde el diseño factorial, puntos axiales

y los puntos centrales. El punto de centro del CCD se utiliza a menudo para calcular

error experimental y depende del número de factores elegidos para el experimento. También una óptima exacta sólo se puede determinarpor el RSM. En el presente estudio, el efecto de tres parámetros,

temperatura, se examinó la relación de metanol a aceite y la cantidad de catalizador. El resultado de un 23

CCD factorial completo para el efecto de los parámetros del proceso dio como resultado en 20 conjuntos de experimentos que eran

realizada al azar para minimizar el error. Los datos experimentales

obtenidos se analizaron mediante la metodología de superficie de respuesta proporcionada por Design-Expert versión de software 6.06(STAT-Ease Inc., EE.UU.)

para obtener una ecuación del modelo que describa adecuadamente elproceso utilizando el modelo polinomial de segundo orden dada por la ecuación. (1).

hojas detrás de mezclas inertes incapaces de catalizar la reacción.

Esto justifica el tratamiento de la cáscara de huevo a 830 ° C durante 4 h, ya que produce un catalizador que proporciona un rendimiento FAME de 87,8% en una mezcla de metanol

relación molar aceite de 13.5:1, con 3 p.% de catalizador a 65 ° Cdurante