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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL
“FABRICACION DE BIODIESEL”
SEPTIMO LABORATORIO DE QUIMICA II – AA223
Nombre Fantasía del Grupo: “ Rata Blanca”
Integrantes: ARISTIZABAL QUINTANA, QUINTANA, Jesús – 20162522G (3.8) ARTETA LAYMITO, Jhosep – 20162549B (L) LOZANO HERRERA, Gino – 20162604C (3.8) RONCEROS AGÜERO, Miguel – 20164519C (3.8) TREJO SANCHEZ, Gerson – 20161037H (3.8)
DOCENTE: Dr. Ing. Hugo Chirinos 2 de Junio Lima – Perú 2017
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Facultad de Ingeniería Ambiental INDICE RESUMEN ............................................................................................................................ 4 INTRODUCCION................................................................................................................... 4 OBJETIVO............................................................................................................................. 4
OBJETIVO GENERAL ................................................................................................. 4 OBJETIVO ESPECIFICOS ......................................................................................... 4 MARCO TEORICO ................................................................................................................. 5
BIODIESEL .................................................................................................................... 5 NATURALEZA QUIMICA DE LAS COMPONENTES Y PRODUCTOS DE LA ELABORACION DE BIODIESEL ............................................................................... 6 ACIDOS GRASOS ................................................................................................... 6 TRIGLICERIDOS .......................................................................................................... 6 GLICEROL (GLICERINA) ........................................................................................... 6 RESULTADO ......................................................................................................................... 7
INDICE DE ACIDEZ .....................................................................................................7 PORCENTAJES DE LOS PODUCTOS OBTENIDOS ........................................... 7 DISCUSIÓN DE RESULTADO ................................................................................................. 8
INDICE DE ACIDEZ .....................................................................................................8 BIODIESEL-GLICERINA ............................................................................................. 8 CONCLUSIONES ................................................................................................................... 9 RECOMENDACIONES ........................................................................................................... 9 CUESTIONARIO .................................................................................................................. 10 FUENTES DE INFORMACION.............................................................................................. 12 ANEXO ............................................................................................................................... 12 APENDICE .......................................................................................................................... 14
DIAGRAMA DE FLUJO ............................................................................................. 14 VALORACION DEL ACEITE RECIDUAL ........................................................... 14 PREPARACION DEL ALCOHOLATO................................................................. 14 PREPARACION DEL BIODIESEL ....................................................................... 15 DATOS ORIGINALES Y OBSERVABLES ............................................................. 16 PROCEDIMIENTO DE CALCULOS ........................................................................ 16 DETERMINACION DEL INDICE DE ACIDEZ ....................................................... 16
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Facultad de Ingeniería Ambiental PORCENTAJES DE LOS PRODUCTOS (BIODIESEL-GLICERINA) ............... 17 DATOS CALCULADOS .............................................................................................17 DETERMINACION DEL INDICE DE ACIDEZ ....................................................... 17 BIODIESEL-GLICERINA ........................................................................................... 17
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Facultad de Ingeniería Ambiental RESUMEN En esta experiencia realizada en el laboratorio se realizó la preparación del biodiesel a través de aceite quemado que se usó en casa. El proceso realizado para esta operación fue la trans-esterificación (Proceso en el cual se hidrolizan los enlaces “éster en los triglicéridos”, obteniendo nuevos esteres con los ácidos grasos liberados en la hidrólisis y un alcohol que se utiliza como reactivo) Mediante el uso del alcohol metílico y el KOH se reaccionó con el aceite y en un proceso de 45 a 50 minutos de agitación constante y a una temperatura de 60º se vacío en una pera de decantación para la determinación de dos muestras una es el biodiesel (densidad menor) y el otro es la glicerina (densidad mayor).
INTRODUCCION El biodiesel (biocombustible)
es
un
líquido
que
se
obtiene
a
partir
de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo, mediante procesos industriales de esterificación y trans-esterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo. El biodiesel puede mezclarse con gasóleo procedente del refino del petróleo en diferentes cantidades. Para la preparación del biodiesel que se realizó en el laboratorio se utilizó aceite quemado de casa, pero se supo que la pureza de nuestro biodiesel fue la de (3540) % si queremos que la muestra sea más pura se hubiera realizado una destilación fraccionada para obtener un porcentaje del (80 – 85) %.
OBJETIVO OBJETIVO GENERAL
Obtener biodiesel por el proceso de trans-esterificación alcohólica de triglicéridos.
OBJETIVO ESPECIFICOS
Determinar el nivel de ácidos grasos en el aceite residual domestico mediante el proceso de valoración con hidróxido de sodio (1N).
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Preparar el metóxido de sodio con el metanol e hidróxido de sodio (puro).
Aplicar el proceso de catálisis homogénea en la reacción de alcohol.
Aplicar el principio de le-chatelier en la reacción reversible de transesterificación.
MARCO TEORICO BIODIESEL La idea de utilizar combustibles de la biomasa en motores diésel fue contemplada desde los mismos orígenes de la tecnología de fabricación de estos motores. Es célebre la referencia histórica sobre la presencia de un motor diésel funcionando con aceite de cacahuate (maní) en la feria de parís del año 1900. Tal demostración fue llevada a cabo con el patrocinio del gobierno francés, que estaba interesado en que sus colonias africanas fueran autosuficientes en el consumo de combustible. (Benjumea Hernández, 2009) El biodiesel o FAME (Fatty Acid Methyl Ester) es un combustible renovable proveniente de aceites vegetales o grasas de origen animal, que puede ser usado total o parcialmente para reemplazar el combustible diésel de los motores de auto-ignición sin requerir una modificación sustancial de los mismos. La mezcla de biodiesel-diésel más común es la que tiene 20% de biodiesel y 80% de diésel, más conocida como B20. Pero en algunos países industrializados ha sido usado con eficacia en mayores proporciones (B30), e incluso en su forma pura (B100). El biodiesel también se usa como combustible para calefacción. Los aceites vegetales (y también las grasas animales) están constituidos por moléculas (ésteres) de ácidos grasos y glicerol. A este último los aceites y grasas le deben su elevada viscosidad. Mediante la transesterificación se reemplaza el glicerol (alcohol trivalente) por un alcohol monovalente (“más ligero”), usualmente metanol o etanol, formando
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Facultad de Ingeniería Ambiental moléculas más pequeñas (ésteres mono-alquílicos o FAME) con una viscosidad similar a la del combustible diésel derivado del petróleo. También se produce glicerina como subproducto, sustancia que tiene numerosos usos en diversas industrias. (Avellaneda Vargas, 2010)
NATURALEZA QUIMICA DE LAS COMPONENTES Y PRODUCTOS DE LA ELABORACION DE BIODIESEL ACIDOS GRASOS Es una biomolécula de naturaleza lipídica formada por una larga cadena hidrocarbonada lineal, de diferente longitud o número de átomos de carbono, en cuyo extremo hay un grupo carboxilo (son ácidos orgánicos de cadena larga). Cada átomo de carbono se une al siguiente y al precedente por medio de un enlace covalente sencillo o doble Los ácidos grasos forman parte de los fosfolípidos y glucolípidos, moléculas que constituyen la bicapa lipídica de todas las membranas celulares. En los mamíferos, incluido el ser humano, la mayoría de los ácidos grasos se encuentran en forma de triglicéridos, moléculas donde los extremos carboxílicos (COOH) de tres ácidos grasos se esterifican con cada uno de los grupos hidroxilos (-OH) del glicerol (glicerina, propanotriol); los triglicéridos (grasas) se almacenan en el tejido adiposo. (Benjumea Hernández, 2009)
TRIGLICERIDOS Son el tipo de grasas más abundantes, también se denominan triacilgliéroles, grasas o grasas neutras. Están formados por tres ácidos grasos unidos mediante enlace éster con el glicerol. (Benjumea Hernández, 2009)
GLICEROL (GLICERINA) Es un alcohol con tres grupos hidroxilos ( –OH). Se trata de uno de los principales productos de la degradación digestiva de los lípidos, paso previo para el ciclo de Krebs y también aparece como un producto intermedio de la fermentación alcohólica. Además, junto
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Facultad de Ingeniería Ambiental con los ácidos grasos, es uno de los componentes de lípidos como los triglicéridos y los fosfolípidos. Se presenta en forma de líquido a una temperatura ambiental de 25 ° C y es higroscópico e inodoro. Posee un coeficiente de viscosidad alto y tiene un sabor dulce como otros polialcoholes. (Benjumea Hernández, 2009)
RESULTADO INDICE DE ACIDEZ DETERMINACIÓN DEL INDICE DE ACIDEZ Cantidad de KOH usado para la titulación:0.3ml Grado de acidez(GA)
Índice de acidez
%AGL (ácido oleico) = 0.846
IA=1.683%
PORCENTAJES DE LOS PODUCTOS OBTENIDOS Aceite
Alcoholato
vegetal
(CH3OH +
Glicerina
Biodiesel
Perdida
15.07 gr
100.04 gr
9.38 gr
NaOH) 100 gr
24.54 gr
Masa total = masa de aceite + masa de alcoholato =124.54 Rendimiento del proceso “obtención de biodiesel “ % rendimiento
Glicerina
Biodiesel
Perdida
12.1%
80.37%
7.53%
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Facultad de Ingeniería Ambiental DISCUSIÓN DE RESULTADO INDICE DE ACIDEZ Acidez: Los contenidos de ácidos grasos y de humedad son los parámetros determinantes de la viabilidad del proceso de trans-esterificación del aceite vegetal. Para que se realice la reacción completa se necesita un valor de ácidos grasos libres (Free Fatty Acid – FFA), menor al 5%. Cuanto más alto es la acidez menor es la conversión. En la experiencia se obtuvo un índice de acidez de 1.683% menor a 5% lo cual nos indica que es adecuado siempre y cuando se mantengan constantes los demás parámetros de reacción; debido a que la cantidad de KOH(3ml) utilizada no solo permitirá la catálisis de la reacción sino también, neutralizar los ácidos grasos libres del aceite.
BIODIESEL-GLICERINA Trans-esterificación: Es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi de un alcohol. Estas reacciones son frecuentemente catalizadas mediante la adición de un ácido o una base.
En la ecuación se da adición de un exceso de alcohol para favorecer la fabricación de biodiesel. Ya que por esta ecuación por el principio de Le Chatelier un aumento del alcohol la reacción tiende a irse hacia la derecha favoreciendo el rendimiento del biodiesel. En la experiencia se tuvo un gran porcentaje de biodiesel (80.37%), así mismo como la producción del sub-producto glicerina 12.1% en porcentaje y pérdidas (7.53%)menores a la producción de glicerina lo cual indica que
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Facultad de Ingeniería Ambiental se tuvo una buena producción de biodiesel, favorecer la fabricación de biodiesel. Ya que por esta ecuación por el principio de Le Chatelier un aumento del alcohol la reacción tiende a irse hacia la derecha favoreciendo el rendimiento del biodiesel.
CONCLUSIONES
Se pudo comprobar el proceso de esterificación y trans-esterificación en la preparación de biodiesel a partir de aceite vegetal usado.
Determinamos la presencia de ácidos grasos libres en el aceite vegetal usado, producto de sus anteriores calentamientos, al realizar la prueba de acidez con el alcohol isopropílico, el hidróxido de potasio y la fenolftaleína
Comprobamos la separación liquido-liquido por diferencia de densidades entre el biodiesel y la glicerina.
Mediante los procesos de alcohólisis podemos reutilizar un a producto de deshecho común de los establecimientos de comida rápida y lo hogares.
Comprobamos la mejora en el rendimiento del proceso de trans-esterificación mediante la aplicación del principio de Le-Chatelier, al agregar mayor cantidad de reactivos como el alcohol y el triglicérido para desplazar el equilibrio hacia la derecha produciendo más biodiesel y glicerina.
RECOMENDACIONES
Antes de utilizar el aceite usado, se recomienda retirar los restos de material orgánico que pudieran haberse quedado en el aceite por su utilización. Para ello se recomienda colarlo con una prenda limpia que permita el pase del aceite, mas no del residuo químico.
También se recomienda que el aceite usado este deshumedecida; ya que, si obviamos este paso, a la hora de realizar el biodiesel, nos saldrá, con seguridad, una reacción de saponificación, y esta no es la reacción que nosotros deseamos.
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En el momento inicial del experimento, analizar el índice de acidez; ya que, si esta resulta ser muy alto, se tendrá que bajar la acidez del aceite para un mejor resultado.
Al momento de utilizar los materiales, es recomendable de que estén bien secos. El KOH absorbe agua muy rápidamente, y el aceite como se dijo antes, no tiene que humedecerse.
CUESTIONARIO 1. ¿A que se denomina biodiesel? A un combustible que se obtiene por la trans-esterificación de triglicéridos (aceite). El producto obtenido es muy similar al gasóleo obtenido del petróleo (también llamado petrodiésel) y puede usarse en motores de ciclo diésel, aunque algunos motores requieren modificaciones.
2. ¿A qué se denomina proceso de esterificación y trans-esterificación? Proceso de esterificación: Se denomina esterificación al proceso por el cual se sintetiza un éster. Un éster es un compuesto derivado formalmente de la reacción química entre un ácido carboxílico y un alcohol. Proceso de trans-esterificación: Este es el proceso en el que se intercambiar el grupo alcoxi de un alcohol. Estas reacciones son frecuentemente catalizadas mediante la adición de un ácido o una base.
3. ¿Qué riesgos químicos se presentan en la fabricación de biodiesel? El metanol es un alcohol altamente inflamable con un flash point muy bajo (10 °C), lo cual implica un riesgo cierto de incendio. Para minimizar el riesgo de transmisión del fuego, es importante que los ambientes de producción se encuentren separados de los depósitos de material prima por muros cortafuegos con una resistencia al fuego mínima de dos horas.
4. ¿Por qué hay que adicionar un exceso de alcohol?, explique Para favorecer la fabricación de biodiesel.
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Facultad de Ingeniería Ambiental Ya que por esta ecuación por el principio de Le Chatelier un aumento del alcohol la reacción tiende a irse hacia la derecha favoreciendo el rendimie nto del biodiesel.
5. La glicerina es un sub-producto en la fabricación de biodiesel. Explique las reacciones químicas.
6. ¿Cuáles son los análisis que se realizan en el biodiesel para ser utilizado como combustible? El biodiesel puede mezclarse con gasóleo procedente del refino del petróleo en diferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas según el porcentaje por volumen de biodiesel en la mezcla: B100 en caso de utilizar sólo biodiesel, u otras notaciones como B5, B15, B30 o B50, donde la numeración indica el porcentaje por volumen de biodiesel en la mezcla.
7. ¿Qué control químico se realiza en los aceites usados y cuál es la metodología de análisis? La regeneración es uno de los métodos para reutilizar los aceites usados con menor impacto ambiental, este método dispone los aceites usados de forma tal que se puedan volver a usar como lubricantes. Entre estos métodos se encuentra la biodegradación de los compuestos contaminantes en el interior del aceite, al degradar los compuestos contaminantes se recupera la base lubricante, ésta es la que otorga las propiedades lubricantes a los aceites, y este producto es la materia prima para la producción de nuevos aceites.
8. ¿Qué cuidados son necesarios para evitar el agua en la fabricación de biodiesel y por qué?
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Facultad de Ingeniería Ambiental Mucha gente calienta el aceite para quitarle el agua. El aceite que ha sido utilizado para cocinar suele contener agua, que ralentiza la reacción y favorece la saponificación. Cuanta menos agua, mejor. Cuando empiece a salir menos vapor aumenta la temperatura hasta 130º C (265º F) y mantenla durante diez minutos. Luego deja de calentar y espera a que se enfríe.
FUENTES DE INFORMACION Avellaneda Vargas, F. A. (2010). PRODUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE BIODIESEL DE PALMA Y DE ACEITE RECICLADO MEDIANTE UN PROCESO BATCH Y UN PROCESO CONTINUO CON UN REACTOR HELICOIDAL. Tarragona: Universitat Rovira I Virgili. Benjumea Hernández, P. N. (2009). Biodiesel. Antioquia: Universidad de antioquia.
ANEXO
FIG.1 Aceite
usado, previamente deshumedecid a y colada. Medición de la cantidad de aceite mediante una balanza una vez tarado la misma. FIG.2
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Se observa las dos fases. Arriba se encuentra el biodiesel, abajo la glicerina FIG.3
FIG.4
Extracción del glicerol (glicerina)m ediante la decantación
FIG.4
Momento donde se almacena la glicerina. Presenta un color más oscuro que el biodiésel.
Se almacena el biodiesel obtenido en la transesterificación. FIG.5
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Facultad de Ingeniería Ambiental APENDICE DIAGRAMA DE FLUJO VALORACION DEL ACEITE RECIDUAL
PREPARACION DEL ALCOHOLATO
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Facultad de Ingeniería Ambiental PREPARACION DEL BIODIESEL
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Facultad de Ingeniería Ambiental DATOS ORIGINALES Y OBSERVABLES
100 gr de aceite vegetal usado
Fabricación de
10 ml de alcohol
Biodiesel
isopropílico
0.3 ml (1N) y 8 gr de hidróxido de potasio (KOH) 3 gotas de fenolftaleína (C20H14O4)
(C3H8O)
30 ml de Alcohol metílico (CH3OH)
Preparar el alcoholato antes de calentar el aceite con el alcohol, ya que, si nos demoramos lo mismo en ambas, nos puede traer problemas, como la evaporación del alcohol o la absorción de agua por parte del potasio sólido.
Procurar tener el aceite usado sin ningún contenido de agua, ya que al someterlo al proceso se producirá la saponificación en vez de la esterificación.
PROCEDIMIENTO DE CALCULOS DETERMINACION DEL INDICE DE ACIDEZ Grado de acidez (GA): %AGL (ácido oleico) = 3 . 28.2
. 28.2
=
=0.846
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Facultad de Ingeniería Ambiental Índice de acidez: IA=%AGL X 1.99 = 0.846 X 1.99 = 1.683%
PORCENTAJES DE LOS PRODUCTOS (BIODIESELGLICERINA) %Porcentaje de glicerina =
100 % =
5.7 24.54
100%
= 12.1% %Porcentaje del biodiesel=
4.4
100% =
24.54
100%
= 80.37% %Porcentaje de perdida =
100% =
9.38
24.54
100 %
=7.53%
DATOS CALCULADOS DETERMINACION DEL INDICE DE ACIDEZ Cantidad de KOH usados en la titulación: 0.3ml Índice de acidez: 1.683% %AGL (ácido oleico) = 0.864
BIODIESEL-GLICERINA Masa de glicerina: 15.07gr
masa total: 124.54gr
Masa de biodiesel: 104.04gr Masa perdida: 9.38gr
%Porcentaje de glicerina: 12.1%
%Porcentaje del biodiesel: 80.37%
%Porcentaje de pérdida: 7.53%
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