Modelamiento y simulación de la cinética de transesterificación del aceite de ricino con alcohol etílico, catalizada con NaOH

Abstract

Se transesterificó aceite de ricino con etanol anhídrido e hidróxido de sodio para producir biodiesel, se planteó un diseño de experimentos tipo superficie de respuesta con tres factores y dos niveles para encontrar las condiciones óptimas de reacción respecto a la temperatura (25-35ºC), concentración de catalizador (1-1.5 % p/p) y relación molar alcohol/aceite (3-10). Posteriormente se llevó a cabo el estudio cinético en la condición de reacción óptima encontrada con el diseño de experimentos. El estudio cinético se realizó a diferentes temperaturas (20, 30, 40 y 50 ºC), para estimar energías de activación, cambios de entalpía, entropía y energía libre de Gibbs de cada reacción. Se encontró que las condiciones óptimas de reacción según el diseño de experimentos corresponden a temperatura de 30ºC, concentración de catalizador de 1.2% p/p respecto a la masa de aceite, relación molar alcohol/aceite de 9.58/1. Se confirmó que la transesterificación de aceite de ricino es un proceso que se da en tres etapas reversibles, cada etapa es un proceso espontáneo, en términos generales se estimó que la segunda etapa es la más lenta, por tanto es la que controla la formación de biodiesel. La reacción de transesterficación globalmente es una reacción endotérmica. Finalmente se realizó la simulación de la cinética de tranesterificación con ayuda del software Matlab 2007 con el fin de predecir comportamientos de reacción en condiciones diferentes a las planteadas en el estudio cinético pero dentro del mismo intervalo de trabajo. / Abstract: Castor oil with anhydrous ethanol and sodium hydroxide was transesterified for biodiesel production. An experimental design of the surface response type with three factors at two levels was applied to find the optimum reaction conditions with respect to temperature (25-35ºC), catalyst concentration (1-1.5 % p/p) and alcohol/oil molar ratio (3-10). Subsequently, a kinetic study at the optimum reaction conditions determined by the experimental design was carried out. This kinetic study was performed at different temperatures (20, 30, 40, 50 º C) to estimate activation energies, enthalpy changes, and entropy and Gibbs free energy of each reaction. According to the experimental design, the optimum reaction conditions found correspond to a temperature of 30 º C, catalyst concentration in relation to oil mass of 1.2% w/w and alcohol/oil molar ratio of 9.58/1. It was confirmed that the transesterification of castor oil is a reversible process occurring in three stages, each one being also a spontaneous process. It was estimated that the second stage is the lowest, so it controls biodiesel formation. The transesterification reaction is globally an endothermic reaction. Finally, a simulation of the transesterification kinetics was performed using Matlab 2007 software in order to predict the reaction behavior at reaction conditions different from those taken into account in the kinetic study but within the same work interval.