biodiesel

PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

Materia: Lab. De Fuentes EEAA Estudiante: Hugo Rosales

PRACTICA Nº 1

PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE SOYA

ESTUDIANTE: Rosales Mamani Hugo Manuel DOCENTE:Ing. Jaime Hamel F.

MATERIA: Fuentes de Energías Alternativas GRUPO:A CARRERA:Ingeniería en Petróleo, Gas y Energía FECHA: 18 de septiembre de 2012

COCHABAMBA – BOLIVIA

Universidad Privada del Valle Servicios de laboratorio Laboratorio de Petróleo Gas y Energía



Practica Nº 1

PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE SOYA

1. Objetivos Objetivo General

Adquirir los conocimientos básicos, para producir biodiesel mediante una reacción de trans esterificación del aceite de soya con metanol en medio básico, y aprender a aplicarlo a escala industrial. Objetivos específicos

Identificar los equipos básicos de operación, que forman parte del proceso de transesterificación, así como su funcionamiento, en cada momento de la práctica.

Determinar cuales son las variables más influyentes para la obtención del biodiesel.

2. Justificación

Esta práctica se justificara como una base para el estudiante,de lo que es la produccion de biodiesel en laboratorio, con el cual el estudiante podrá obtener parámetros de referencia que servirán para evaluar los rendimientos en un proceso industrial continuo, asi de conocer de manera operativa el funcionamiento de una planta de biodiesel asi como de todos los equipos empleados. Esta practica consistira en la produccion de Biodiesel mediante el proceso de tranesterificacion, dicho proceso sera monitoreado por el estudiante.

3. Fundamento Teórico INTRODUCCIÓN

El biodiesel es un combustible alternativo a los combustibles fósiles, fabricado a partir de material vegetal. Su combustión emite a la atmósfera una cantidad de CO2 que será absorbida por otro vegetal en el proceso de fotosíntesis. Así, el uso de un motor de encendido por compresión con biodiesel no modifica el ciclo de carbono y sólo incorpora adicionalmente el CO2 de la energía necesaria a la fabricación del combustible.

Ciclo básico del carbono para el biodiesel



Proceso de transesterificación del aceite.

Que es el BIODIESEL

Desde una definición general, el biodiesel corresponde a un combustible renovable, derivado de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, obtenido a través de un proceso industrial relativamente simple de transesterificación del aceite vegetal o animal. Después del proceso y a diferencia del aceite que le dio origen, el biodiesel (éster metílico) tiene una viscosidad semejante a la del diésel derivado delpetróleo y puede reemplazarlo en los usos más comunes.

Naturaleza del BIODIESEL

El biodiesel está constituido de ésteres mono-alquílicos de ácidos grasos de cadena larga, obtenidos mediante la reacción entre un aceite vegetal u otro cuerpo graso y un alcohol en presencia de un catalizador.

Fabricación de BIODIESEL

Esta reacción produce los ácidos grasos del biodiesel y un subproducto que se debe eliminar, la glicerina. De cada molécula de metanol (o etanol) se reemplaza un elemento hidrogeno por un grupo con radical, marcado Rx, constituyendo la molécula metil éster.



Los aceites vegetales están formados por esteres a partir de glicerina con ácidos carboxílicos, conformando largas cadenas de hidrocarburos con alta viscosidad, razón por la cual no son aptos para ser utilizados como combustibles directamente. Los ácidos que conforman los aceites se denominan ácidos grasos, y entre los más importantes los mostramos en la siguiente tabla: A partir de esos ácidos o aceites se obtiene el biodiesel, Por transesterificacion.

CARACTERISTICAS DEL BIODIESEL

PRODUCCION DE BIODIESEL

Existe diversidad de la materia base que se utiliza en el proceso de fabricación, resultando variables las características del biodiesel final. Sin embargo, se pueden destacar propiedades generales que tienen todos los tipos de biodiesel. En la tabla siguiente aparecen las propiedades de un biodiesel de girasol y uno de colza (rapeseed).

Vemos que el biodiesel tiene una energía específica menor en 5% respeto al petróleo diesel. Pero su viscosidad mayor permite mejorar la lubricación dentro de la cámara de combustión. Por lo tanto, la lubricidad mejorada permite compensar en parte el calor de combustión más bajo y junto con otros factores el rendimiento energético del motor sigue siendo igual con el uso de biodiesel.



VENTAJAS

-Su fabricación necesita poca energía, esencialmente utilizada en los procesos de extracción, laboreo de las zonas agrícolas y creación del vapor. -Permite aumentar el número de cetano, o sea la capacidad del combustible en auto encenderse, produciendo una mejor combustión -Es un combustible biodegradable que se disuelve fácilmente en la naturaleza sin crear contaminación del ambiente, en caso de derrame accidental. -Este combustible permite una reducción notable de las emisiones nocivas a la atmósfera. -Tiene un balance neutro en CO2 porque se consume por fotosíntesis el dióxido de carbono emitido en vegetales que se pueden usar para fabricar de nuevo biodiesel.

-La viscosidad cinemática es mayor, mejorando la capacidad del biodiesel a lubricar el motor. Esto permite reducir los aditivos utilizados en el petróleo diesel. -El contenido de azufre es muy bajo, inferior a 15 ppm, permitiendo disminuir las emisiones de SO2 y material particulado. Este elemento naturalmente presente en el petróleo diesel aumenta la lubricidad pero el uso de biodiesel en mezcla con diesel de bajo contenido de azufre permite compensar esta propiedad por su mayor viscosidad. -Su mayor punto de ignición disminuye el peligro de explosión durante el almacenamiento. -No son necesarias modificaciones de la infraestructura de distribución (estaciones de servicio, transporte, etc.).

-Las emisiones de óxidos de nitrógeno NOx aumentan, hasta un 10% cuando se usa biodiesel puro. Este compuesto participa en la creación del smog fotoquímico, pero se puede eliminar de manera eficiente con el uso de un catalizador. -El costo de producción del biodiesel es más alto que el del petróleo diesel si se basa en los precios vistos los últimos años. Depende mucho del precio de las materias primas (en un 80% más o menos) pero la evolución de los precios del petróleo podría hacerlo una alternativa posible a largo plazo. -Producir biodiesel supone extender las zonas y las cantidades de vegetales cultivadas, lo que genera una utilización creciente de fertilizantes y pesticidas.

-El biodiesel puro genera corrosión y es incompatible con algunos plásticos, por lo que se deben cambiar ciertas partes del motor para usarlo como B100 por ejemplo. -La glicerina presente en el compuesto final se debe purificar, con costo adicional, mediante un arrastre con vapor. -Este combustible tiene problema de fluidez a bajas temperaturas. Tal característica impide su uso en ciertas regiones de clima difícil o la obligación de agregarle aditivos especiales. -Su vida útil es inferior a 6 meses por su escasa estabilidad oxidativa, o sea que pierde su capacidad a oxidarse en el proceso de combustión en la cámara del motor. No se puede almacenar durante un tiempo largo y se debe vender rápidamente después de su fabricación.

DESVENTAJAS



4. Reactivos-Materiales y Equipos utilizados

REACTIVOS USADOS EN LA PRACTICA

Balanza Probetas de 1000 ml

MATERIALES DE LABORATORIO

Hidróxido de sodio Metanol Aceite de soya

Agua + acido acetico



PIPETA Papel tornasol Espátula

Embudo de decantación Agitador magnético

MATERIALES DE LABORATORIO

Calentador Termómetro Densímetro



5. Seguridad, medio ambiente y salud (SMS) Seguridad

Las medidas básicas de seguridad que contemplaremos para esta práctica serán:

Mochilas, bolsones, cuadernos y otros no podrán estar sobre los mesones de trabajo.

La preparación de metoxido de sodio, debe ser obligatoriamente bajo campana, con anteojos, guantes y mascara de protección respiratoria. La reacción para obtener el metoxido de sodio emiten gases tóxicos muy peligrosos.

Por la volatilidad del metanol, se debe evitar fuga de gases tóxicos.

Durante la preparación del metoxido de sodio la campana de extracción de vapores deberá estar encendida permanentemente. Medio Ambiente

No deseche salmuera ni ningún tipo de solvente por el lavadero sin antes consultar al docente.

No deseche petróleo ni derivados a los jardines dentro la UDEH Salud.- Antes de iniciar la práctica:

Notifique al docente si usted es alérgico a algún material o reactivo que se va utilizar en la práctica.

Notifique al docente si sufre de algún tipo de enfermedad que se podría ver potenciada o empeorada por el desarrollo de la práctica.

Evite manipular sustancias y equipos si usted tiene alguna cortadura o herida abierta.

No aspirar ni ingerir sustancias desconocidas en el laboratorio.

Manipular los reactivos: metanol, hidróxido de sodio y acido acético con guantes y mascara de protección respiratoria cuando se requiera.



6. Procedimiento experimental

Una vez añadido todo el metoxido de sodio, pasaron unos 90 min, tiempo en el controlamos periódicamente la temperatura (65ºC), pasado este tiempo se retiro la solución (aceite + metoxido de sodio), del calentador, y se dejo reposar durante un día aproximadamente.

Se procedió a la medir 1000 ml de aceite de soya en un vaso de precipitado, para empezar con la práctica.

Dicha cantidad, fue calentada, hasta lograr una temperatura constante de 65ºC…. Lo ideal era mantenerlo a esa temperatura.

Pesamos posteriormente la cantidad de NaOH necesaria y medimos el volumen de metanol que se requería… se procedió a mezclar ambas sustancias hasta lograr un aspecto homogéneo.

Para ello medimos la temperatura, donde dicha variable se mantuvo entre 63-70ºC.

Cuando el aceite llego a una temperatura de 63ºC, la solución de NaOH con metanol (metoxido de sodio), fue mezclado con el aceite calentado, y posteriormente agitado con agitador magnético.



Al día siguiente se pudo observar claramente la separación entre dos fases en el vaso de precipitado.

A la semana siguiente se observo claramente la separación entre el biodiesel y agua. Se procedió a decantar el agua, y el biodiesel fue vertido en una probeta.

Medición de propiedades:

Las dos fases eran, la glicerina y el biodiesel. Se procedió a separar ambas fases. En un vaso de precipitado se vertió el biodiesel.

Biodiesel

Glicerina

La cantidad de biodiesel obtenido en la separación fue de 900 ml (sin lavado), de los 1000 ml iniciales, dicha cantidad se lo mezclo con una solución de agua, preparado en un matraz, para neutralizar.

Solución

300 ml de agua+0.5ml A. acético

Esa mezcla se lo agito de manera de obtener una solución homogénea, finalmente la mezcla homogénea se lo vertió en tres embudos de decantación, para lograr separar el biodiesel del agua. Con lo que concluyo el primer lavado, se realizaron dos lavados.

La cantidad de biodiesel obtenido durante todo el proceso fue de 720 ml, luego se midió las propiedades de este biodiesel obtenido.

Densidad

Temperatura PH



7. Medición (Registro de datos).

Cantidad de aceite de soya

Cantidad de Metanol

Cantidad de Hidróxido de Sodio

Elementos necesarios para la obtención de biodiesel----

Cantidad de aceite obtenido

Cantidad de glicerina obtenida

Cantidad de H2O utilizada

Cantidad de acido acético

Registro de tiempos temperaturas y presión Cantidad de aceite obtenido

Cantidad de H2O obtenida

Datos Tomados en el inicio de la práctica

1000 ml

200 ml

8 gr

Datos Tomados para el lavado (neutralización)

300 ml

0.5 ml

Después de la reacción

900 ml

Datos Tomados después del lavado

720 ml

300 ml

200 ml

Solución Acuosa

Metoxido de sodio



Densidad

PH

Temperatura

8. Cálculos

Eficiencia

ε = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜

𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑦𝑎=

720 𝑚𝑙

1000𝑚𝑙· 100 = 72%

Corrección de densidad a 15º C

�̅�T = �̅�1515 – a (t- tref) �̅�1515 = �̅�T+ a (t- tref)

a = Mediante la siguiente tabla

d420 0.60-0.70 0.70-0.76 0.76-0.80 0.80-0.85 0.85-0.88 0.88-0.90

a 0.0009 0.00085 0.0008 0.00075 0.00065 0.00062

�̅�1515 = 0.83+ 0.0075 (23-15)

�̅�1515 = 0.89 gr/ml

Variables de biodiesel medidos

0.83 gr/ml

6

23 º C



Determinación de la cantidad estequiometria del metanol que debe reaccionar teóricamente con el aceite de soya Nota: Para el cálculo se toma en cuenta la composición de los acidos grasos mayoritarios en el aceite de soya ACIDO OLEICO 40%

ACIDO LINOLEICO 60%

Acido Oleico- estructura (C17H33COOH)

Acido linoleico- estructura (C17H31COOH)

Ácido linoleico (9cis,12cis-18:2)

Aceite de soya= 1000ml

Peso Molecular= 282 Densidad= 0.89 gr/ml




Acido oleico (40%) C17H33COOH + CH3OH NaOHC17H33COOCH3 + H2O

400ml C15H33COOH ·0.89 𝑔𝑟 C15H33COOH

1𝑚𝑙 C15H33COOH·

1 𝑚𝑜𝑙 C15H33COOH

282 𝑔𝑟 C15H33COOH·

1 𝑚𝑜𝑙 CH3OH


·32 gr CH3OH

1 mol CH3OH·

1 𝑚𝑙 CH3OH

0.79 𝑔𝑟 CH3OH= 51.13𝑚𝑙

Acido linoleico (60%) C17H31COOH + CH3OH NaOHC17H33COOCH3 + H2O







·32 gr CH3OH

1 mol CH3OH·

1 𝑚𝑙 CH3OH

0.79 𝑔𝑟 CH3OH= 78.12 𝑚𝑙

Determinación de la cantidad estequiometria del NaOH que debe reaccionar teóricamente con el metanol y formar el Metoxido de sodio. Metanol - estructura (CH3OH)

CH3OH + NaOH CH3ONa+ H2O

129.25 ml CH3OH ·0.79 𝑔𝑟 CH3OH

1𝑚𝑙 CH3OH·


32 𝑔𝑟 CH3OH·

1 𝑚𝑜𝑙 NaOH

1 𝑚𝑜𝑙 CH3OH·

40 gr NaOH

1 mol NaOH= 127.63 𝑔𝑟

Cantidad de CH3OH = 51.13ml


Cantidad total de CH3OH = 78.12ml + 51.13ml

Cantidad total de CH3OH = 129.25 ml


Cantidad total de NaOH = 127.63 gr



Determinación de la cantidad estequiometria del etanol que debe reaccionar teóricamente con el aceite de soya Nota: Para el cálculo se toma en cuenta la composición de los ácidos grasos mayoritarios en el aceite de soya

Acido oleico (40%)

C17H33COOH + CH3 CH2OH NaOHC17H33COOCH2 CH3 + H2O





1 𝑚𝑜𝑙 CH3 CH2OH


·46 gr CH3 CH2OH

1 mol CH3 CH2OH·

1 𝑚𝑙 CH3 CH2OH

0.81 𝑔𝑟CH3 CH2OH= 51.13𝑚𝑙

Acido linoleico (60%)

C17H31COOH + CH3OH NaOH C15H33COOCH3 + H2O





1 𝑚𝑜𝑙 CH3 CH2OH


·46 gr CH3 CH2OH

1 mol CH3 CH2OH·

1 𝑚𝑙 CH3 CH2OH

0.81 𝑔𝑟 CH3 CH2OH= 78.12 𝑚𝑙


Cantidad de CH3OH = 109.52 ml

Cantidad total de CH3 CH2OH = 71.69 ml + 109.52 ml

Cantidad total de CH3OH = 181.21 ml



9. Cuestionario

1) ¿Cuales son los principales riesgos para la salud cuando se trabaja con metanol y cual la magnitud de los mismos?

Los principales riesgos de la utilización del metanol se encuentran en la siguiente tabla:



2) Porque se utiliza Acido Acético En el primer lavado es mejor añadir un poco de vinagre (ácido acético) al agua. Con el ácido acético se consigue que el pH delbiodiesel sea casi neutro, porque se une a los restos de lejía y los neutraliza.

3) ¿Como se podría refinar la glicerina obtenida y aprovechar como subproducto?

En el laboratorio, la separación del sistema que contiene biodiésel, glicerol, jabones y sales —principalmente de metóxido de sodio (NaOCH3)— se realiza utilizando embudos de separación, de manera que se les permita a los jabones permanecer en la capa de glicerol crudo. La capa del ester debe ser calentada hasta 85 °C con el fin de recuperar el metanol; mientras que en el ámbito industrial la glicerina cruda se refina a través de un proceso de filtración, seguido por la mezcla con aditivos químicos que permiten la precipitación de las sales y, finalmente, por una destilación fraccional de vacío para producir diferentes grados de glicerina comercial —por ejemplo: grado dinamita, destilado amarillo y químicamente pura, así como los grados establecidos por la USP o FCC—. También puede ser refinada por un método intensivo de menor consumo energético: la filtración a través de una serie de resinas de intercambio iónico (Berríos y Skelton, 2008).

Técnicas convencionales para purificar la glicerina La destilación es el método más comúnmente utilizado para purificar la glicerina. Esta es una tecnología que produce glicerina de alta pureza a altos rendimientos; sin embargo, la destilación de la glicerina es un proceso de alto consumo energético, debido a su alta capacidad calorífica, lo que demanda un alto suministro de energía para su vaporización (Posada, Cardona y Rincón, 2010). El intercambio iónico también ha sido aplicado para purificar la glicerina (Berríos y Skelton, 2008), pero los altos contenidos de sales hacen que esta técnica no sea económicamente viable a escala industrial. El costo de regeneración química de las resinas se vuelve muy alto cuando los contenidos de las sales son superiores al 5% en peso, una cantidad comúnmente encontrada en las glicerinas provenientes de la industria del biodiésel.

Técnicas alternativas para purificar la glicerina Una técnica comercial para purificar la glicerina, originaria de la producción de biodiésel, llamada Ambersep BD50 (AMBERSEP™ BD50 Technology), fue desarrollada conjuntamente por Rohm and Haas, proveedor de polímeros funcionales mediante tecnologías de intercambio iónico y catalizadores, y por NovasepProcess, un proveedor de soluciones de purificación que incluye cromatografía, intercambio iónico, membranas, cristalización y evaporación. La particularidad de este proceso es que utiliza, en principio, un separador cromatográfico que retira gran cantidad de las sales y ácidos grasos libres. El refinado es procesado posteriormente en una unidad evaporadora/cristalizadora, que retira las sales de una forma cristalina. Esta solución evita la producción de efluentes en la planta de purificación de glicerina. En este caso, es posible obtener una glicerina con una pureza de 99,5% en peso. Pero si se requiere producir una glicerina de alta calidad, con 5 a 10 partes por millón (ppm) de contenido de sales, se puede utilizar una unidad de desmineralización de intercambio

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iónico. Este proceso tiene bajo requerimiento energético, comparado con el proceso de destilación.

4) ¿Qué importancia tienen los parámetros cinéticos? Los parámetros cinéticos a menudo se utilizan para tener una referencia de como deberían ser los resultados de los procesos y algunas indicaciones que se debería tomar en cuenta cuando se realicen futuras practicas acerca del mismo tema, así también como para ayudar a mejorar los procesos utilizando las mismas referencias. Si hablamos de los parámetros cinéticos, esto son muy importantes, ya que de estos dependerá la reacción que se llevara a cabo para la obtención del combustible es mdecir el tiempo que demora la reacción, la velocidad de reacción y otros. En cinética de metanolosis se tomaron en cuenta las temperaturas desde 20 a 70 ºC, razón molar metanol/aceite de soya de 6 a 1, mayormente a partir de aceite de soya y hidróxido de sodio como catalizador. La cinética de transesterificacion es afectada por la intensidad de agitación de los reactantes, porque el proceso ocurre en un sistema heterogéneo de dos fases inmiscibles. Estos parámetros son de suma importancia ya que de acuerdo a ellos se defines como dije anteriormente la velocidad de reacción y la calidad de biodiesel.

El glicerol es un compuesto químico básico obtenido principalmente como coproducto en la industria oleoquímica, mientras que la glicerina es el nombre comercial que reciben las mezclas con alto contenido de glicerol. La glicerina es una sustancia versátil y, debido a su combinación única de propiedades físicas y químicas, ha tenido más de 1.500 usos finales. Se usa como ingrediente o para su transformación en productos cosméticos, artículos de tocador o cuidado personal, medicamentos y productos alimenticios (TheSoap and DetergentAssociation [SDA], 1990). De la glicerina se destaca que es un componente muy estable bajo las condiciones típicas de almacenamiento, no es irritante, tiene bajo grado de toxicidad sobre el medio ambiente y, además, es compatible con muchos otros productos químicos.

USOS

Reacción: Segundo orden

K= 0.255 (1/min)

PH= 7 (neutro)

Tiempo de reacción: 100 min

Numero de lavados: 4

Temperatura de reacción: 65 º C

ParametrosCineticos Obtenidos en Univalle



5) Si después de los lavados consecutivos con agua, observamos que se ha formado cierta cantidad de jabón, claramente indica que…? Formación de jabón por los ácidos grasos

– Incrementa la solubilidad del Biodiesel en glicerina – Pérdidas de Biodiesel

En todo caso, si durante el lavado se forma una emulsión de biodiesel y agua o se forman sustancias jabonosas, el biodiesel obtenido no cumple con las condiciones adecuadas.

10. Conclusiones y Observaciones

El biodiesel es un combustible cuyo consumo está en fuerte aumento al nivel mundial, por sus aportes ambientales y la necesidad de diversificar las fuentes de energía en un mundo inestable. Sus aportes en término económicos todavía se están estudiando al nivel global para ver cuales son los sectores que pueden ganar con la introducción de cada vez más biocombustibles en los combustibles fósiles. Mediante el método diseñado (TRANSESTERIFICACION) se alcanzo una conversión de 72%. Pero durante la realización de la práctica, la temperatura no se mantuvo constante… esa fue la razón por haber obtenido esa eficiencia…Esto también influyo en la obtención del PH, ya que obtuvimos un PH de 6. Luego de obtener biodiesel también se midieron sus propiedades:

Densidad PH Temperatura

11. Recomendaciones

Se recomienda que para los próximos laboratorios se siga con los parámetros establecidos en dicha práctica, con el objetivo de obtener los resultados deseados.

Además se recomienda utilizar el biodiesel obtenido, en un motor diesel para verificar el funcionamiento de dicho motor….

1. Bibliografia

http://www.smbb.com.mx/congresos%20smbb/acapulco09/TRABAJOS/AREA_IX/CIX-24.pdf

http://www.biodisol.com/biocombustibles/biodiesel/produccion-de-biodiesel-a-partir-de-aceite-de-jatropha-curcas/

Specification for biodiesel (b100) – astm d6751-06 en http://www.biodiesel.org/pdf_files/fuelfactsheets/BDSpec.PDF

0.83 gr/ml

6

23 º C



http://www.biodiesel.org/pdf_files/fuelfactsheets/BDSpec.PDF

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