Producción de Biodiesel en el Laboratorio

GUIA DE LABORATORIO-PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

PRACTICA: PRODUCCIÓN DE BIODISEL

Elaborado por:

Yasmin Eliana Aragón Sandoval –1210002 Hernán Darío Zambrano Orozco – 1325688 Johan Alexis Estupiñan Zambrano – 1332385 Carlos Alberto Ampudia Zapata – Stefany Saenz Prado – Juan Pablo Guerrero Patiño –

Septiembre_ 2015 Universidad del Valle Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Laboratorio de Ingeniería Química II

1

GUIA DE LABORATORIO-PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

1. Objetivos General Producir biocombustible a partir de aceite vegetal, con la reacción de transesterificación. En un reactor batch con agitación. Específicos     

Obtener 3 combustibles a partir de las indicaciones de la guía. Medir densidad, viscosidad y poder calorífico de los diferentes combustibles obtenidos en la práctica. Determinar que biodiesel obtenido tiene propiedades similares a las del de referencia. Determinar la conversión para cada experimento. Determinar el rendimiento de biodiesel en cada experimento.

2. Introducción El petróleo como combustible desempeña un papel vital en el desarrollo industrial, en los transportes, en el sector de la agricultura, permitiendo resolver muchas de las necesidades energéticas básicas del ser humano. Sin embargo, la demanda de energía en el mundo está aumentando rápidamente por lo que está produciendo un excesivo consumo de este tipo de combustible fósiles. Por esta razón y por qué las reservas de petróleo son limitadas, se están buscando alternativas a este tipo de combustibles [1] La búsqueda de estas alternativas es aún más acuciante si se considera que el uso masivo de combustible fósiles en el último siglo ha acarreado diversos y graves problemas ambientales. La mayor conciencia pública sobre los impactos de las emisiones de combustibles fósiles en el medio ambiente y sus peligros potenciales para la salud han concienciado a los gobiernos de todo el mundo para imponer restricciones a las emisiones de la quema de combustibles fósiles, a fin de reducir las emisiones de CO2, con el objetivo de disminuir el calentamiento global.[1] El biodiesel está constituido de esteres 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.

2

GUIA DE LABORATORIO-PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

Existen tres formas básicas de producir biodiesel   

Transesterificación con catalizador básico de un aceite con metanol Esterificación con catalizador ácido de un aceite con metanol Conversión del aceite en ácidos grasos, y luego en metil ésteres por catálisis ácida

Se producirá biodiesel con el primer método de transesterificación alcali-catalizada, porque este método es el más económico:    

Proceso con baja temperatura (60-70°C) y presión (1atm) Gran rendimiento de conversión (98%) con reacciones laterales mínimas La conversión en metil éster es directa, sin pasos intermedios No se necesitan materiales de construcción exóticos

La transesterificación se basa en la reacción de moléculas de triglicéridos con alcoholes de bajo peso molecular (metanol, etanol, propanol, butanol) para producir ésteres y glicerina (que puede ser utilizada en cosmética, alimentación, farmacia, etc.). Los catalizadores que se ocupan usualmente son el hidróxido de sodio NaOH, el hidróxido de potasio KOH y el metóxido de sodio (obtenido por mezcla del metanol con NaOH). La reacción de transesterificación básicamente convierte triglicéridos en biodiesel, según la ecuación siguiente: [1]

Reacción de transesterificación.

3. Equipos y Materiales Equipos    

Erlenmeyer Beaker Plancha con agitación magnética Termómetro

3

GUIA DE LABORATORIO-PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

 Vidrio reloj  Picnómetro  Viscosímetro de Brookfield  Bomba Calorimétrica Materiales  Aceite vegetal  Metanol  Hidróxido de sodio 4. Procedimiento Experimental P0. Para el experimento se realizan tres replicas con diferentes cantidades de catalizador, las relaciones catalizador- aceite son las siguientes:   

3,5g de catalizador por un litro de aceite. 1% (p/p) catalizador/aceite. 0, 8% (p/p) catalizador/aceite

P1. En el Erlenmeyer se agrega el aceite vegetal, se calienta a una temperatura entre 50°C 60°C con agitación constante de 900RPM. Mientras tanto en un Beaker se adiciona el catalizador (Hidróxido de sodio) y se mezcla cuidadosamente con el alcohol (Metanol) tapando inmediatamente con un vidrio reloj. Una vez el aceite ha alcanzado su temperatura efectiva se vierte el metoxido al Erlenmeyer donde se encuentra el aceite, se tapa para evitar pérdidas por evaporación del metoxido y se deja reaccionando alrededor de 60 minutos con agitación y temperatura constante de 900RPM y 50°C – 60°C. P2. Transcurrido el tiempo de reacción, se lleva el producto a un embudo de decantación en donde, transcurridas 30 minutos se forma una capa superior de biodiesel y una inferior de glicerina, donde se procede a separar. En esta experimentación se tendrán en cuenta como variables de control y de respuesta las siguientes.

4

GUIA DE LABORATORIO-PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

Variables de Control Relación molar AceiteMetanol

Cantidad de NaOH [g]

Variables de Respuesta Densidad [g/ml]

Viscosidad cinemática 2 [mm /s]

Poder Calorífico [MJ/kg]

1:5

Tabla 1. Variables de control y de respuesta en la producción de Biodiesel.

5. Preguntas  ¿Cuál fue la conversión de aceite en cada una de las réplicas del experimento, hubo pérdidas, porque?

 ¿Cuál es el rendimiento en peso del biodiesel obtenido?  ¿Cuál de los biodiesel producidos en el experimento se asemeja más al de referencia? Explique

 ¿De acuerdo con las variables de respuesta obtenidas, cuál de los biodiesel producidos cree usted es el de mejor calidad, porque?

 ¿En que afecta la acidez del aceite en la producción de biodiesel?  ¿Qué procedimientos se deben seguir para producción biodiesel a partir de un aceite con alto contenido de acidez?

6. Recomendaciones  Al realizar la preparación del metoxido, pesar el NaOH en un beaker he inmediatamente agregar el alcohol, esto con el fin de evitar la acumulación de agua debido a que el NaOH es higroscópico.

 Al mezclar el metoxido con el aceite tapar inmediatamente con tal de evitar pérdidas debido a la evaporación.

7. Bibliografía

5

GUIA DE LABORATORIO-PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

[1]

A. C. (Universidad de E. Dinis Vicente Pardal, “Obtención de biodiesel por transesterificación de aceites vegetales : nuevos métodos de síntesis Obtención de biodiesel por transesterificación de aceites vegetales : nuevos métodos de síntesis,” 2012.

[2]

J. F. A. Rojas, A. F. Betancourt, and N. H. (Universidad del V. Medina, “Descripción del Proceso Aceite de Palma Africana,” 2014. 

http://www.revistavirtualpro.com/biblioteca/90-segundos---biodisel-de-lamolina-

Anexos 1. Características de algunos aceites. Aceite

Densidad [g/ml]

Peso molecular [g/mol]

Índice de acidez

Soya

0,908

881,23

0,07%

Palma

0,896

845,3

4%

2. Características del biodiesel de referencia. Biodiesel

Densidad [g/ml]

Viscosidad cinemática 2 [mm /s]

Poder calorífico [MJ/kg]

Referencia

0,8891

8,37

38,692

6