Biotecnología

 

A heterogeneous biodiesel production kinetic model

 

Un modelo cinético hetergéneo para la producción de biodiesel

 

M. M. González-Brambila¹*, J. A. Montoya de la Fuente², O. González-Brambila³ y F. López-Isunza⁴

 

¹ Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco. Av. San Pablo 180. Col. Reynosa, Tamaulipas, Azcapotzalco. México, 02200, D. F., México. *Corresponding author. E-mail: margarita.gonzlezbrambila@gmail.com ó mmgb@correo.azc.uam.mx.

² Instituto Mexicano del Petróleo. DIyP. Eje Central Lázaro Cárdenas Norte 152, México 07730, D. F., México.

³ Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial, Av. Playa Pie de la Cuesta No. 702. Desarrollo San Pablo, Querétaro, Qro., 76130, México.

⁴ Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa. Av. San Rafael Atlixco 186, Col. Vicentina, Iztapalapa. Apdo. Postal 55-534, México 09340, D.F., México.

 

Received 27 November 2012.
Accepted 13 October 2013.

 

Abstract

This work presents a heterogeneous dynamic model for the production of biodiesel using palmitic triglyceride and methanol as raw materials. Triglycerides are the main compounds in vegetable oils and when its total is beyond 97%, it is possible to produce biodiesel by means of a basic transesterification employing sodium hydroxide as a catalyst. The model takes into account that triglycerides are not soluble in alcohol so two liquid phases exist in the batch reactor, causing the reaction to occur in the triglyceride-methanol interphase. Results show that the model successfully calculates the concentration profile of triglyceride, alcohol and biodiesel in time as well as the intermediaries' products in the reactor. It also predicts concentration profiles at different temperatures in accordance to the Arrhenius' Law.

Keywords: biodiesel, kinetic modeling, transesterification, batch reactor, kinetic.

 

Resumen

Este trabajo presenta el desarrollo de un modelo dinámico para la producción de biodiesel utilizando como materias primas triglicérido palmítico y metanol. Los aceites vegetales se componen principalmente de triglicéridos y cuando la concentración de estos últimos es mayor al 97%, se utiliza un catalizador básico para llevar a cabo la reacción de transesterificación para obtener biodiesel. Este modelo considera que los triglicéridos no son solubles en el metanol, por lo que se forman dos fases al colocar ambos en un reactor por lotes, lo cual provoca que la reacción se lleve a cabo únicamente en la superficie de la gotas, esto es en la interfase metanol-triglicérido. Los resultados obtenidos con el modelo predicen de manera satisfactoria los perfiles de concentración de triglicéridos, alcohol y biodiesel en el tiempo, así como la concentración de los productos intermedios dentro del reactor. Así mismo predice la disminución del tamaño de las gotas y los perfiles de concentración a diferentes temperaturas.

Palabras clave: biodiesel, modelado, transesterification, reactor por lotes, cinética.

 

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

 

References

Ataya, F., Dubé, M. A. and Terman, M. (2007). Acid catalyzed transesterification of canola oil to bodiesel under single and two phase reactor conditions. Energy & Fuels 21, 2450-2459.         [ Links ]

Boocock, D. G., Konar, S. K., Mao, V. and Sadi, H. (1996). Fast one-phase oil-rich processes for the preparation of vegetable oil methyl esters. Biomass Bioenergy 10, 1247-1251.         [ Links ]

Charusiri, W. and Vitidsant, T. (2005). Kinetic study of used vegetable oil to liquid fuels over sulfated zirconia. Energy & Fuels 19, 1783-1789.         [ Links ]

Draper, N. R. and Smith, H. (1966). Applied Regression Analysis. Wiley, New York.         [ Links ]

García Camús, J. M. and García Laborda, J. A. (2006). Biocarburantes líquidos, biodiesel y bioetanol. CEIM.         [ Links ]

González-Brambila, M. M. and López Isunza, F. (2008). Comportamiento de un reactor de biopelícula para el tratamiento de agua residual a diferentes velocidades de flujo. Revista Mexicana de Ingeniería Química 7, 183-193.         [ Links ]

Hills, G. (2003). Industrial use of lipases to produce fatty acid esters. European Journal of Lipid Science and Technology 105, 601-607.         [ Links ]

Kargbo, D. M. (2010). Biodiesel production from municipal sewage sludges. Energy & Fuels 24, 2791-2794.         [ Links ]

Kiss, A. A., Dimian, A. C. and Rothenberg, G. (2008). Effect of cavitating flow on the flow and fluel atomization characteristics of biodiesel and diesel fuels. Energy & Fuels 22, 598-604.         [ Links ]

Kiss, A. A., Dimian, A. and Rothenberg, G. (2006). Solid acid catalysts for biodiesel production. Advanced Synthesis and Catalysis 348, 75-81.         [ Links ]

Kiss, A. A., Omota, F., Dimian, A. C. and Rothenberg, G. (2006). The heterogeneous advantage: biodiesel by catalytic reactive. Topics in Catalysis 40, 141-150.         [ Links ]

Lide, D. R. CRC (2004). Handbook of Chemistry and Physics. 84 ed., CRC Press.         [ Links ]

Lizardi-Jiménez, M. A. and Gutiérrez-Rojas, M. (2011). Evaluación de las zonas hidrodinámicas locales en un reactor air-lift, buscando el Re de la fase líquida más bajo. Revista Mexicana de Ingeniería Química 10, 59-65.         [ Links ]

Lotero, E., Liu, Y., Lopez, D. E., Suwannakarn, K., Bruce, D. A. and Goodwin J. G. (2005). Synthesis of Biodiesel via Acid Catalysis. Industrial & Engineering Chemistry Research 44, 5353-5363.         [ Links ]

Maa, F. and Hanna, M. A. (1999). Biodiesel production a review 1. Bioresource Technology 70, 1-15.         [ Links ]

Meeter, D. A. (1965). Non-linear least squares GAUSHAUS. Computer code from University of Wisconsin Computing Center.         [ Links ]

Noureddini, H. and Zhu, D. (1997). Kinetics of transesterification of soybean oil. Journal of the American oil chemists society 74, 1457-1463.         [ Links ]

Stryer, L. (1995). Bioquímica. 4a. Ed. Reverté, México.         [ Links ]

Van Gerpen, J., Shanks, B. and Pruszoko, R. (2004). Biodiesel Analytic methods. National renewable energy laboratory.         [ Links ]