Modelo cinético para la reacción de epoxidación de aceite vegetal usado

Abstract

En este trabajo se estudió la producción de aceite epoxidado a partir de aceite vegetal usado mediante la formación de ácido peracético in situ. Los experimentos para la cinética se realizaron evaluando el efecto de la temperatura, entre 323 y 353 K, y el efecto del exceso molar del peróxido de hidrógeno, entre 25 y 45 % (p/p), usando ácido sulfúrico como catalizador, 2 % (p/p), y ácido acético, 5 % (p/p); ambos porcentajes con respecto a la masa de aceite. Las muestras de reacción fueron analizadas por medio del método de oxígeno oxirano (NTC 2366) y número ácido (ASTM D-664). Se implementó un modelo cinético de dos fases que involucra las reacciones de formación del perácido, la formación del epóxido, la degradación del epóxido por acción del ácido acético y la transferencia de masa del ácido carboxílico y el perácido entre las fases. El modelo de error fue minimizado mediante los métodos ODE15s, Fminsearch y GA Genetic Algorithm de Matlab ®. Se identifica que el sistema reactivo presenta una elevada dependencia con la temperatura, y que las energías de activación son en promedio inferiores a los valores reportados por estudios previos para aceite de soya. Usando aceite vegetal usado como materia prima, se obtuvo un contenido de oxígeno oxirano máximo de 4.15% a 353K, con 45% de exceso de peróxido de hidrógeno en un tiempo de 30 minutos. Las predicciones del modelo presentan el mejor ajuste para los ensayos a bajas temperaturas; así mismo, las desviaciones del modelo son mayores después de alcanzar el máximo porcentaje de oxígeno oxirano. El modelo obtenido puede ser usado para el diseño y análisis de procesos a pesar de las desviaciones respecto a la degradación del epóxido.

This work studied the epoxidation kinetic from used cooking oil UCO through the formation of peracetic acid in situ. The experiments for the kinetics were carried out evaluating the effect of temperature (323-353k) and the effect of the molar excess of hydrogen peroxide (25-45%) using sulfuric acid as a catalyst (2%) and acetic acid (5%). The reaction samples were analyzed by modified oxirane oxygen method (NTC 2366). It is identified that the reactive system has a high dependence on temperature, and that activation energies are lower than the values reported for refined soybean oil. The Activation energy from the epoxidized oil formation is 72% lower than the value reported for refined soybean oil. A maximum oxirane oxygen content of 4.15% at 353K and 45% excess hydrogen peroxide is obtained in a time of 30 minutes. A two-phase kinetic model was implemented whose error was minimized using the ODE15s Fminsearch, and GA Genetic Algorithm methods from Matlab ®. Modeling of the reactive system involves peracid formation reactions, epoxide formation, epoxide degradation by acetic acid action and mass transfer between the phases of the carboxylic acid and the peracid. The deviation of the model is greater after reaching the maximum percentage of oxirane oxygen because for that region. The obtained model can be used for the design and analysis of processes despite the deviations from the degradation of the epoxide.