Simulação da cinética em um biorreator em batelada para a produção de biodiesel catalisada por lipases imobilizadas

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Data

2022-08-05

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Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

Os avanços na biotecnologia, como na genética e engenharia de proteínas, abriram uma nova era de aplicações de enzimas em muitos processos industriais, bem como experiências de iniciativas de P&D (pesquisa e desenvolvimento). As lipases estão entre as que foram viabilizadas para aplicação industrial em diversos setores, entre eles a produção de biodiesel em que as lipases atuam como catalisador da reação de transesterificação. Esta reação é reversível e resulta em altos rendimentos desde que otimizados os parâmetros experimentais como temperatura, quantidade de catalisador, razão molar álcool:óleo, entre outros. Buscando opções para o método convencional de produção de biodiesel sob catálise básica, um grande número de trabalhos vem sendo feitos demonstrando a possibilidade de produção do biodiesel a partir da catálise enzimática por lipases. O mecanismo da reação segue o modelo Ping-Pong Bi Bi e a simulação foi executada a partir da descrição cinética de transesterificação catalisada por lipases imobilizadas de óleo de palma refinado preparada por Cheirsilp et. al. (2008). A partir dessas observações, esse trabalho teve por objetivo aplicar a ferramenta de computação gratuita Scilab na simulação para demonstrar, entender e explicar a cinética da reação de transesterificação catalisada por lipases a partir do modelo de Cheirsilp et. al. (2008), além da experimentação com outros dados de entrada para explicar a inibição competitiva do álcool e a reação com o óleo de macaúba, de caráter mais ácido. O interesse de se estudar a aplicação de um óleo com maior teor de ácidos graxos livres (AGLs) como o óleo de macaúba é a dificuldade de ser processado pela rota química convencional, isto é, transesterificação por catálise básica, por conta da ocorrência de reações paralelas de saponificação. Para a rota química, é necessário que seja aplicada a hidroesterificação ou a estereo-transesterificação para processar óleos com maior teor de acidez. Apesar da diferença de acidez inicial, foi possível entender a partir da simulação realizada que o perfil da reação não foi alterado em relação ao óleo refinado, evidenciando a possibilidade de produção do biodisel a partir de óleos menos refinados, de menor valor agregado e procura, utilizando a transesterificação por catálise enzimática.
The advances in biotechnology, such as genetics and protein engineering, opened up a new era of enzyme applications in industrial processes, as well as R&D (research and development) initiatives. The lipases are among the enabled for industrial application in different sector, such as the biodiesel production in which lipases act as a catalysts in the transesterification reaction. This is a reversible reaction that results in high yields as long as the experimental parameters are optimized; those are temperature, catalyst concentration, molar alcohol-to-oil molar ratio. For this reason and to pursue alternatives for the conventional basic catalysis, a great number of works have been demonstrating the advantages of this method. The reaction mechanism follows the Ping-Pong Bi Bi model and the simulation was implemented from the palm oil transesterification kinetic description prepared by Cheirsilp et. al. (2008). Considering these observations, the objective of this work was the application of the open source software Scilab to demonstrate, understand and explain the kinetics of the transesterification reaction catalyzed by lipases following the model proposed by Cheirsilp et. al. (2008). Different scenarios were also tested through the simulation tool, an alcohol excess scenario was simulated to observe and explain the competitive inhibition of the enzyme, and the transesterification using macauba oil, with higher acidity, was also simulated. The interest in studying usage of oil with a higher content of free fatty acids (FFAs) such as macauba oil is due to the difficulty in processing it through the conventional basic catalysis transesterification on account of the occurrence of parallel saponification reaction. For the chemical route, it is necessary to apply hidroesterification or estereo-transesterification to process oils with a higher content of FFAs. Despite the initial acidity difference, it was possible to simulate its reaction on the bioreactor and the results were similar to refined oil, this is evidence of the possibility to carry out the transesterification by enzymatic catalysis through application of less refined oils, of lower added value and demand, using transesterification catalyzed by immobilized lipases.

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Palavras-chave

Biodiesel, Lipase, Simulação, Cinética

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