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Distillazione reattiva per produzione di biodiesel

Informazioni tesi

  Autore: Sergio Marra
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2011-12
  Università: Politecnico di Torino
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria chimica
  Relatore: Giuseppe  Gozzelino
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 100

Il presente lavoro di tesi è stato sviluppato nel contesto della sintesi del biodiesel da oli vegetali. La presenza di acidi grassi liberi negli oli vegetali rappresenta un problema per la sintesi del biodiesel con i processi convenzionali. Nel caso di sintesi del biodiesel mediante transesterificazione alcalina, ad esempio, gli acidi grassi liberi possono dar luogo ad una reazione di saponificazione con conseguente diminuzione della produzione degli esteri metilici. Per questo motivo quando il contenuto di acidi grassi liberi, supera il 3%, gli oli vegetali subiscono un pretrattamento di esterificazione. Un’alternativa al processo tradizionale di sintesi del biodiesel è il processo a due stadi. Nel primo stadio si fa avvenire la reazione d’idrolisi dei trigliceridi alla presenza di acqua ottenendo come prodotto di reazione il glicerolo e gli acidi grassi liberi. Nel secondo step avviene l’esterificazione degli acidi grassi liberi alla presenza del metanolo con produzione del biodiesel. In questo caso, dunque, l’esterificazione degli acidi grassi rappresenta lo step cruciale nel processo di sintesi del biodiesel. In tale contesto si è proposto un processo di sintesi del biodiesel che utilizzi la distillazione reattiva come step per la reazione di esterificazione degli acidi grassi presenti negli oli vegetali. La distillazione reattiva è un processo dove viene integrata in un'unica unità la reazione chimica con la separazione dei prodotti di reazione. Una sostanza chimica in presenza di un opportuno reagente dà origine a dei prodotti che vengono rimossi continuamente. Questa tipologia di processo è vantaggiosa rispetto ai processi tradizionali che prevedono l’utilizzo delle due unità di processo, reattore e colonna di distillazione, poiché è l'integrazione di reazione e distillazione in una singola unità in cui i prodotti possono essere rimossi per guidare una reazione reversibile fino al suo completamento. Lo scopo del lavoro è stato quello di eseguire delle simulazioni di una colonna di distillazione reattiva mediante il software Aspen Plus 7.1. [...]

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1 Introduzione Il consumo mondiale di energia ottenuta da fonti fossili è in crescita con l’incremento della popolazione nel mondo. Nell’ottica futura di esaurimento delle fonti fossili e del problema delle emissioni di sostanze inquinanti nasce la necessità di trovare dei nuovi combustibili economici e ed ecosostenibili per la produzione di energia. In tale conteso il biodiesel rappresenta una valida alternativa al diesel perché è un combustibile biodegradabile a basso impatto ambientale. Il metodo tradizionale di sintesi del biodiesel è di transesterificazione dei trigliceridi contenuti negli oli vegetali o nel grasso animale alla presenza di un alcool (molto spesso il metanolo) e di un catalizzatore. La maggior quantità di biodiesel è prodotta tramite il processo di transesterificazione alcalina omogenea perché le temperature di reazione sono basse. Tale metodologia è svantaggiosa dal punto di vista energetico del processo poiché si deve spendere altra energia per la purificazione degli esteri metilici dal glicerolo. La presenza di acidi grassi liberi negli oli vegetali rappresenta un problema per la sintesi del biodiesel tramite transesterificazione alcalina. Per valori di acidi grassi superiori al 3% negli oli vegetali, per la sintesi del biodiesel tramite transesterificazione alcalina si ha reazione di saponificazione con diminuzione della produzione di esteri metilici. Nella maggior parte degli oli vegetali utilizzati come materia prima per la produzione di biodiesel, il contenuto di acidi grassi è molto elevato. Per non ottenere reazioni di saponificazioni, nel processo tradizionale di transesterificazione alcalina gli oli vegetali subiscono un pretrattamento iniziale, dove gli acidi grassi liberi alla presenza di un alcool sono esterificati. Una alternativa può essere quella di utilizzare un processo a due step. Nel primo step si fa avvenire l’idrolisi dei trigliceridi alla presenza di acqua ottenendo come prodotto di reazione il glicerolo e gli acidi grassi liberi. Nel secondo step del processo avviene l’esterificazione degli acidi grassi liberi alla presenza di metanolo con produzione di biodiesel. L’esterificazione degli acidi grassi rappresenta uno step importantissimo nella produzione di biodiesel sia nel caso di pretrattamento degli oli vegetali nel processo di transesterificazione alcalina che nel processo in due stadi. In questo contesto è stato sviluppato il presente lavoro di tesi. In particolar modo si è cercato di innovare un nuovo processo di sintesi del biodiesel che utilizza il processo di distillazione reattiva come step di esterificazione degli acidi grassi, che per sua natura è governato dall’equilibrio chimico. La distillazione reattiva può essere considerata come un processo d’intensificazione della produzione del biodiesel. E’ noto che nel caso di reazioni di esterificazione degli acidi grassi, il processo di distillazione reattiva è più vantaggioso rispetto ai processi convenzionali poiché spinge l’equilibrio termodinamico della reazione. Ciò è dovuto al fatto che in unica unità di processo sono integrate la reazione e la separazione degli stessi prodotti di reazione. Il lavoro svolto ha come obiettivo quello di individuare i parametri operativi che controllano le prestazioni di una colonna di distillazione reattiva quando indirizzata alla produzione di esteri di acidi grassi. Per

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Parole chiave

distillazione
energie rinnovabili
fonti rinnovabili
biodiesel
alcool
reazioni di esterificazione di acidi grassi
simulazioni di distillazione
tecnologie di produzione biodiesel
colonna di distillazione
processi biodiesel

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