Remoção por nanofiltração do sódio residual da glicerina bruta obtida na produção de biodiesel

Abstract

O biodiesel é produzido a partir de fontes de energia renováveis, obtido comumente da reação de um óleo vegetal ou gordura animal com um álcool na presença de um catalisador. A glicerina bruta, subproduto da reação de transesterificação, não tem uso imediato devido a presença de sais e outras impurezas. A indústria de biodiesel gera milhões de toneladas de glicerina por ano, e essa quantidade está aumentando cada vez mais devido ao crescimento da produção de biodiesel. Dessa forma, a purificação da glicerina bruta é essencial para sua aplicação em produtos de alto valor agregado. Neste trabalho, investigou-se a possibilidade de purificação da glicerina pelo uso de membranas, visando a retirada de sais, no caso, o sódio proveniente do catalisador da reação de transesterificação. Para estudar os efeitos da transferência de quantidade de movimento e massa presentes nesse processo de purificação da glicerina, procedeu-se à modelagem matemática e concomitante simulação computacional com o auxílio do software Comsol Multiphysics®. Os materiais e condições consideradas foram: membranas de ultrafiltração (UH004) e nanofiltração (NP010, NP030, NF90); temperaturas de 20 °C e 60 °C; pressões de operação de 9 e 10 bar; vazões de alimentação de 0,3 e 0,5 L/min; volumes do reservatório de alimentação com reciclo de 1L e 10 L, utilizando-se de ácido cítrico como agente quelante na concentração de 5%. Amostras das soluções de alimentação, de permeado e de retido foram analisadas para a quantificação de glicerol, sódio e água. As simulações realizadas foram capazes de reproduzir adequadamente os resultados obtidos nos estudos experimentais. Notou-se também que o aumento na pressão do sistema, ao elevar o fluxo de permeado, possibilitou uma maior retenção de sódio. Além disso, constatou-se que a geometria do módulo de filtração não permite o pleno aproveitamento da membrana, uma vez que em aproximadamente 30% de sua área, o fluxo de permeado é muito baixo. Estes resultados demonstram que a modalidade proposta de purificação da glicerina constitui-se numa possibilidade promissora, visto que a redução na concentração de sal no permeado foi constatada de maneira sensível.

Abstract : The biodiesel is produced from renewable energy sources, usually obtained from the reaction of a vegetable oil or animal fat with an alcohol in the presence of a catalyst. Crude glycerin, a byproduct of the transesterification reaction, has no immediate use due to the presence of salts and other impurities. The biodiesel industry generates millions of tons of glycerin per year, and that amount is increasing more and more due to the growth of biodiesel production. Thus, the purification of crude glycerin is essential for its application in products of high added value. In this work, we investigated the possibility of glycerin purification by the use of membranes, aiming at the removal of salts, in this case, the sodium from the catalyst of the transesterification reaction. In order to study the effects of momentum and mass transfer in this glycerin purification process, mathematical modeling and concomitant computational simulation with the help of Comsol Multiphysics® software was performed. The materials and conditions considered were: ultrafiltration (UH004) and nanofiltration membranes (NP010, NP030, NF90); temperatures of 20 °C and 60 °C; operating pressures of 9 and 10 bar; feed rates of 0,3 and 0,5 L/min; volumes of the 1 L and 10 L with recycle, feed solution using citric acid as the chelating agent at 5% concentration. Samples of the feed, permeate and retention solutions were analyzed for the quantification of glycerol, sodium, water, and ash. The simulations performed were able to reproduce properly the results obtained in the experimental studies. It was also noted that the increase in the system pressure, by raising the permeate flux, allowed for a higher retention of sodium. In addition, it was found that the geometry of the filtration module does not allow the full utilization of the membrane since in approximately 30% of its area, the permeate flux is very low. These results demonstrate that the proposed modality of glycerin purification constitutes a promising possibility since the reduction in salt concentration in the permeate was detected in a sensitive way.