Ethyl Biodiesel Production from Residual Fry Oils and Fats through Acid Esterification Followed by Alkaline Transesterification
DOI:
https://doi.org/10.21664/2238-8869.2017v6i3.p19-44Keywords:
Biodiesel Production, Quimiometry, Factorial designAbstract
The use of ethanol is fundamental to increase the environmental sustainability of biodiesel, as well as the reuse of residual frying oils (ORF). The present manuscript aimed to optimize the production of ethylic biodiesel from ORF, using a chemically optimized conjugated process of acid esterification followed by an alkaline transesterification, through experimental planning 23. For the esterification the yield was obtained by the reduction of the acid number and for the transesterification by the percentage of the total ester content, confirmed by the analysis of mono-, di- and triacylglycerides. The optimum ORF ethyl biodiesel production was obtained using the esterification process with 2.5% H2SO4 and ethanol: ORF molar ratio of 11:1 for 4 h, transesterification with 1.5% of the concentration of KOH and molar ratio Ethanol: grease content of 13:1 for 4 h, resulting in a biodidesel with similar quality to commercial ones.
References
Aranda DAG, Schmal M, Souza MMVM 2002. Processo Catalítico para a Transformação do Metano ou Hidrocarbonetos leves em Gás Síntese, Catalisador, Uso e Processo para obtenção do Mesmo - PI0203807-2. Brasil.
Alberici RM et al. 2012. Used Frying Oil: A Proper Feedstock for Biodiesel Production? Bioenergy Research 5(4):1002–1008.
Alves MB, Medeiros FCM, Suarez PAZ 2010. Cadmium Compounds as Catalysts for Biodiesel Production. Industrial & Engineering Chemistry Research 49(16):7176–7182.
Azeredo WA 2014. Otimização da produção de biodiesel metílico a partir de óleos de fritura residuais (OFR). Dissertação de Mestrado em Química. Goiânia. Universidade Federal de Goiás.
Barros Neto B, Scarminio IS, Bruns RE 1996. Planejamento e otimização de experimentos. UNICAMP.
Banerjee A, Chakraborty R 2009. Parametric sensitivity in transesterification of waste cooking oil for biodiesel production-A review. Resources, Conservation and Recycling 53(9):490–497.
Bastos LS et al. 2009. Produção de biodiesel etílico a partir de óleo residual. Uberlandia – MG.
Bautista LF et al. 2009. Optimisation of FAME production from waste cooking oil for biodiesel use. Biomass and Bioenergy 33(5):862–872.
Berrios M et al. 2010. Study of esterification and transesterification in biodiesel production from used frying oils in a closed system. Chemical Engineering Journal 160(2):473–479.
Bezergianni S, Chrysikou LP 2012. Oxidative stability of waste cooking oil and white diesel upon storage at room temperature. Bioresource Technology 126(1):341–344.
Borges KA et al. 2014. Homogeneous catalysis of soybean oil transesterification via methylic and ethylic routes: Multivariate comparison. Energy 67(1):569–574.
Brito YC et al. 2012. Simultaneous conversion of triacylglycerides and fatty acids into fatty acid methyl esters using organometallic tin(IV) compounds as catalysts. Applied Catalysis A: General 443-444(1):202–206.
Cai Z-Z et al. 2015. A two-step biodiesel production process from waste cooking oil via recycling crude glycerol esterification catalyzed by alkali catalyst. Fuel Processing Technology 137(1):186–193.
Camargo RPL et al 2016. Avaliação da adequabilidade físico-química de óleos e gorduras de fritura residuaiss para a produção de biodiesel. In: produção e avaliação físico-química e ecotoxicológica de biodiesel etílico de óleo e gordura de fritura residual (ORF). Tese de Doutorado em Ciências Ambientais. Goiânia: Universidade Federal de Goiás p. 92–115.
Campelo F 2012. Planejamento e Análise de Experimentos Planejamento Fatorial Generalizados. UFMG.
Cao L et al. 2014. Ethyl acetoacetate: A potential bio-based diluent for improving the cold flow properties of biodiesel from waste cooking oil. Applied Energy 114:18–21.
Carrim AJI 2016. Produção e avaliação físico-química, microbiológica e ecotoxicológica de biodiesel metílico de óleo e gordura de fritura residual (ORF). Tese de Doutorado em Ciências Ambientais. Goiânia: Universidade Federal de Goiás.
Castro BCS de 2009. Otimização das Condições da Reação de Transesterificação e Caracterização dos Rejeitos dos Óleos de Fritura e de Peixe para Obtenção de Biodiesel. Dissertação de Mestrado em Processos químicos e bioquímicos. Rio de Janeiro: Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro.
Charoenchaitrakool M, Thienmethangkoon J 2011. Statistical optimization for biodiesel production from waste frying oil through two-step catalyzed process. Fuel Processing Technology 92(1):112–118.
Cunha A et al. 2013. Synthesis and characterization of ethylic biodiesel from animal fat wastes. Fuel 105:228–234.
Dias JM et al. 2014. Study of an ethylic biodiesel integrated process: Raw-materials, reaction optimization and purification methods. Fuel Processing Technology 124:198–205.
Eguchi S, Kagawa S, Okamoto S 2015. Environmental and economic performance of a biodiesel plant using waste cooking oil. Journal of Cleaner Production 101:245–250.
Encarnação G 2008. Geração de Biodiesel pelos Processos de Transesterificação e Hidroesterificação, uma Avaliação Econômica. Dissertação de Mestrado em Ciências. Rio de Janeiro: Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro.
Encinar JM, González JF, Rodríguez-Reinares A 2007. Ethanolysis of used frying oil. Biodiesel preparation and characterization. Fuel Processing Technology 88(5): 513–522.
Enweremadu CC, Rutto HL 2010. Combustion, emission and engine performance characteristics of used cooking oil biodiesel—A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 14(9):2863–2873.
Galdámez EVC 2002. Aplicação das Técnicas de Planejamento e Análise de Experimentos na Melhoria da Qualidade de um Processo de Fabricação de Produtos Plásticos. Dissertação de Mestrado em Engenharia. São Carlos: Universidade de São Paulo.
Ghazali WNM et al. 2015. Effects of biodiesel from different feedstocks on engine performance and emissions: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 51:585–602.
Holliday RL, King JW, List GR 1997. Hydrolysis of Vegetable Oils in Sub- and Supercritical Water. American Chemical Society 36(3):932-935.
Jain S, Sharma MP 2011. Thermal stability of biodiesel and its blends: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 15(1):438–448.
Jain S, Sharma MP 2013. Effect of metal contaminants and antioxidants on the storage stability of Jatropha curcas biodiesel. Fuel 109:379–383.
Kleinová A, Cvengrošová Z, Cvengroš J 2013. Standard methyl esters from used frying oils. Fuel 109:588–596.
Knothe G 2006. Analyzing Biodiesel: Standarts and other Methods. Jaocs 83(10):823-833.
Knothe G 2007. Some aspects of biodiesel oxidative stability. Fuel Processing Technology 88(7):669–677.
Knothe G, Gerpen JHV, Krahl J 2005. The Biodiesel Handbook. Applied Sciences 2:302.
Lanjekar RD, Deshmukh D 2016. A review of the effect of the composition of biodiesel on NOx emission, oxidative stability and cold flow properties. Renewable and Sustainable Energy Reviews 54(x):1401–1411.
Ma F, Hanna M 1999. Biodiesel production: a review. Bioresource Technology 70:1-15.
Minami E, Saka S 2006. Kinetics of hydrolysis and methyl esterification for biodiesel production in two-step supercritical methanol process. Fuel 85(17):2479–2483.
Mohammadshirazi A et al. 2014. Energy and cost analyses of biodiesel production from waste cooking oil. Renewable and Sustainable Energy Reviews 33:44–49.
Montenegro MA et al. 2013. Aproveitamento de óleos e gorduras residuais para obtenção de produtos de alto valor agregado: formulação de tinta de impressão a partir de óleo residual de fritura. Revista Virtual de Quimica 5(1):26–37.
Moser BR 2009. Biodiesel production, properties, and feedstocks. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant 45(3):229–266.
Naima K, Liazid A, Mnaouer BPEL 2013. Waste oils as alternative fuel for diesel engine : A review. Journal of Petroleum Technology and Alternative Fuels 4:30–43.
Natarajan E 2012. Stability Studies of Biodiesel. International Journal of Energy Science 2(4):152–155.
Prados CP et al. 2012. Simultaneous gas chromatographic analysis of total esters, mono-, di- and triacylglycerides and free and total glycerol in methyl or ethyl biodiesel. Fuel 96:476–481.
Pullen J, Saeed K 2014. Factors affecting biodiesel engine performance and exhaust emissions - Part II: Experimental study. Energy 72:17–34.
Quadros DPC et al. 2011. Contaminantes em biodiesel e controle de qualidade. Revista Virtual de Química 3(5):376–384.
Ramos LP et al. 2011. Tecnologias de produção de biodiesel. Revista Virtual de Quimica 3(5):385–405.
Rodríguez-Guerrero JK, Rubens MF, Rosa PTV 2013. Production of biodiesel from castor oil using sub and supercritical ethanol: Effect of sodium hydroxide on the ethyl ester production. Journal of Supercritical Fluids 83:124–132.
Salvi BL, Panwar NL 2012. Biodiesel resources and production technologies - A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 16(6):3680–3689.
Santos LK et al. 2015. Estado da arte da aplicação do processo de hidroesterificação na produção de biodiesel a partir de matérias-primas de baixa qualidade. Revista Principia 1(28)178.
Santos BC 2009. Otimização das condições da reação de transesterificação e caracterização dos rejeitos dos óleos de fritura e de peixe para obtenção de Biodiesel. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.
Sharma YC et al. 2012. Synthesis of economically viable biodiesel from waste frying oils (WFO). Canadian Journal of Chemical Engineering, 90(2):483–488.
Silva LDEL 2008. Fritura e qualificação desses para obtenção de monoésteres (Biodiesel). Dissertação de Mestrado em Engenharia Química. Maceió: Unidade Acadêmica Centro de Tecnologia-UACTEC, Universidade Federal de Alagoas.
Silva Filho JB 2010. Produção de biodíesel etílico de óleos e gorduras residuais (ogr) em reator químico de baixo custo. Dissertação de Mestrado em Engenharia. Manaus: Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Silva TAR 2011. Biodiesel de Óleo Residual : Produção através da transesterificação por metanolise e etanolise básica, caracterização físico-química e otimização das condições reacionais. Tese de Doutorado em Química. Uberlândia: Universidade Federal de Uberlandia, 2011.
Suarez PAZ et al. 2009. Biocombustíveis a partir de óleos e gorduras: Desafios tecnológicos para viabiliza-los. Química Nova 32(3):768–775.
Suarez PAZ 2015. O Biodiesel. Parâmetros Fisico-quimico para os processos de produção de Biodiesel, p. 33–47.
Suarez PAZ, Lira HN, Rodriguez CGV 2015. Estudo dos parâmetros físico-químicos para a reação de hidroesterificação. Parâmetros Fisico-quimico para os processos de produção de Biodiesel p. 81–154.
Trentini CP, Raspe DT, Silva CDA 2014. Obtenção de Ácidos Graxos Livres do Óleo de Macaúba (Acrocomia aculeata) em Sistema Livre de Solvente Orgânico. Seminário: Ciências Exatas e Tecnológicas 35(1):15.
Uddin MR et al. 2013. Synthesis of Biodiesel from Waste Cooking Oil. Chemical Engineering and Science 1(2):22–26.
Verduzco RLF 2013. Density and viscosity of biodiesel as a function of temperature: Empirical models. Renewable and Sustainable Energy Reviews 19:652–665.
Yaakob Z et al. 2013. Overview of the production of biodiesel from Waste cooking oil. Renewable and Sustainable Energy Reviews 18:184–193.
Alberici RM et al. 2012. Used Frying Oil: A Proper Feedstock for Biodiesel Production? Bioenergy Research 5(4):1002–1008.
Alves MB, Medeiros FCM, Suarez PAZ 2010. Cadmium Compounds as Catalysts for Biodiesel Production. Industrial & Engineering Chemistry Research 49(16):7176–7182.
Azeredo WA 2014. Otimização da produção de biodiesel metílico a partir de óleos de fritura residuais (OFR). Dissertação de Mestrado em Química. Goiânia. Universidade Federal de Goiás.
Barros Neto B, Scarminio IS, Bruns RE 1996. Planejamento e otimização de experimentos. UNICAMP.
Banerjee A, Chakraborty R 2009. Parametric sensitivity in transesterification of waste cooking oil for biodiesel production-A review. Resources, Conservation and Recycling 53(9):490–497.
Bastos LS et al. 2009. Produção de biodiesel etílico a partir de óleo residual. Uberlandia – MG.
Bautista LF et al. 2009. Optimisation of FAME production from waste cooking oil for biodiesel use. Biomass and Bioenergy 33(5):862–872.
Berrios M et al. 2010. Study of esterification and transesterification in biodiesel production from used frying oils in a closed system. Chemical Engineering Journal 160(2):473–479.
Bezergianni S, Chrysikou LP 2012. Oxidative stability of waste cooking oil and white diesel upon storage at room temperature. Bioresource Technology 126(1):341–344.
Borges KA et al. 2014. Homogeneous catalysis of soybean oil transesterification via methylic and ethylic routes: Multivariate comparison. Energy 67(1):569–574.
Brito YC et al. 2012. Simultaneous conversion of triacylglycerides and fatty acids into fatty acid methyl esters using organometallic tin(IV) compounds as catalysts. Applied Catalysis A: General 443-444(1):202–206.
Cai Z-Z et al. 2015. A two-step biodiesel production process from waste cooking oil via recycling crude glycerol esterification catalyzed by alkali catalyst. Fuel Processing Technology 137(1):186–193.
Camargo RPL et al 2016. Avaliação da adequabilidade físico-química de óleos e gorduras de fritura residuaiss para a produção de biodiesel. In: produção e avaliação físico-química e ecotoxicológica de biodiesel etílico de óleo e gordura de fritura residual (ORF). Tese de Doutorado em Ciências Ambientais. Goiânia: Universidade Federal de Goiás p. 92–115.
Campelo F 2012. Planejamento e Análise de Experimentos Planejamento Fatorial Generalizados. UFMG.
Cao L et al. 2014. Ethyl acetoacetate: A potential bio-based diluent for improving the cold flow properties of biodiesel from waste cooking oil. Applied Energy 114:18–21.
Carrim AJI 2016. Produção e avaliação físico-química, microbiológica e ecotoxicológica de biodiesel metílico de óleo e gordura de fritura residual (ORF). Tese de Doutorado em Ciências Ambientais. Goiânia: Universidade Federal de Goiás.
Castro BCS de 2009. Otimização das Condições da Reação de Transesterificação e Caracterização dos Rejeitos dos Óleos de Fritura e de Peixe para Obtenção de Biodiesel. Dissertação de Mestrado em Processos químicos e bioquímicos. Rio de Janeiro: Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro.
Charoenchaitrakool M, Thienmethangkoon J 2011. Statistical optimization for biodiesel production from waste frying oil through two-step catalyzed process. Fuel Processing Technology 92(1):112–118.
Cunha A et al. 2013. Synthesis and characterization of ethylic biodiesel from animal fat wastes. Fuel 105:228–234.
Dias JM et al. 2014. Study of an ethylic biodiesel integrated process: Raw-materials, reaction optimization and purification methods. Fuel Processing Technology 124:198–205.
Eguchi S, Kagawa S, Okamoto S 2015. Environmental and economic performance of a biodiesel plant using waste cooking oil. Journal of Cleaner Production 101:245–250.
Encarnação G 2008. Geração de Biodiesel pelos Processos de Transesterificação e Hidroesterificação, uma Avaliação Econômica. Dissertação de Mestrado em Ciências. Rio de Janeiro: Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro.
Encinar JM, González JF, Rodríguez-Reinares A 2007. Ethanolysis of used frying oil. Biodiesel preparation and characterization. Fuel Processing Technology 88(5): 513–522.
Enweremadu CC, Rutto HL 2010. Combustion, emission and engine performance characteristics of used cooking oil biodiesel—A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 14(9):2863–2873.
Galdámez EVC 2002. Aplicação das Técnicas de Planejamento e Análise de Experimentos na Melhoria da Qualidade de um Processo de Fabricação de Produtos Plásticos. Dissertação de Mestrado em Engenharia. São Carlos: Universidade de São Paulo.
Ghazali WNM et al. 2015. Effects of biodiesel from different feedstocks on engine performance and emissions: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 51:585–602.
Holliday RL, King JW, List GR 1997. Hydrolysis of Vegetable Oils in Sub- and Supercritical Water. American Chemical Society 36(3):932-935.
Jain S, Sharma MP 2011. Thermal stability of biodiesel and its blends: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 15(1):438–448.
Jain S, Sharma MP 2013. Effect of metal contaminants and antioxidants on the storage stability of Jatropha curcas biodiesel. Fuel 109:379–383.
Kleinová A, Cvengrošová Z, Cvengroš J 2013. Standard methyl esters from used frying oils. Fuel 109:588–596.
Knothe G 2006. Analyzing Biodiesel: Standarts and other Methods. Jaocs 83(10):823-833.
Knothe G 2007. Some aspects of biodiesel oxidative stability. Fuel Processing Technology 88(7):669–677.
Knothe G, Gerpen JHV, Krahl J 2005. The Biodiesel Handbook. Applied Sciences 2:302.
Lanjekar RD, Deshmukh D 2016. A review of the effect of the composition of biodiesel on NOx emission, oxidative stability and cold flow properties. Renewable and Sustainable Energy Reviews 54(x):1401–1411.
Ma F, Hanna M 1999. Biodiesel production: a review. Bioresource Technology 70:1-15.
Minami E, Saka S 2006. Kinetics of hydrolysis and methyl esterification for biodiesel production in two-step supercritical methanol process. Fuel 85(17):2479–2483.
Mohammadshirazi A et al. 2014. Energy and cost analyses of biodiesel production from waste cooking oil. Renewable and Sustainable Energy Reviews 33:44–49.
Montenegro MA et al. 2013. Aproveitamento de óleos e gorduras residuais para obtenção de produtos de alto valor agregado: formulação de tinta de impressão a partir de óleo residual de fritura. Revista Virtual de Quimica 5(1):26–37.
Moser BR 2009. Biodiesel production, properties, and feedstocks. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant 45(3):229–266.
Naima K, Liazid A, Mnaouer BPEL 2013. Waste oils as alternative fuel for diesel engine : A review. Journal of Petroleum Technology and Alternative Fuels 4:30–43.
Natarajan E 2012. Stability Studies of Biodiesel. International Journal of Energy Science 2(4):152–155.
Prados CP et al. 2012. Simultaneous gas chromatographic analysis of total esters, mono-, di- and triacylglycerides and free and total glycerol in methyl or ethyl biodiesel. Fuel 96:476–481.
Pullen J, Saeed K 2014. Factors affecting biodiesel engine performance and exhaust emissions - Part II: Experimental study. Energy 72:17–34.
Quadros DPC et al. 2011. Contaminantes em biodiesel e controle de qualidade. Revista Virtual de Química 3(5):376–384.
Ramos LP et al. 2011. Tecnologias de produção de biodiesel. Revista Virtual de Quimica 3(5):385–405.
Rodríguez-Guerrero JK, Rubens MF, Rosa PTV 2013. Production of biodiesel from castor oil using sub and supercritical ethanol: Effect of sodium hydroxide on the ethyl ester production. Journal of Supercritical Fluids 83:124–132.
Salvi BL, Panwar NL 2012. Biodiesel resources and production technologies - A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 16(6):3680–3689.
Santos LK et al. 2015. Estado da arte da aplicação do processo de hidroesterificação na produção de biodiesel a partir de matérias-primas de baixa qualidade. Revista Principia 1(28)178.
Santos BC 2009. Otimização das condições da reação de transesterificação e caracterização dos rejeitos dos óleos de fritura e de peixe para obtenção de Biodiesel. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.
Sharma YC et al. 2012. Synthesis of economically viable biodiesel from waste frying oils (WFO). Canadian Journal of Chemical Engineering, 90(2):483–488.
Silva LDEL 2008. Fritura e qualificação desses para obtenção de monoésteres (Biodiesel). Dissertação de Mestrado em Engenharia Química. Maceió: Unidade Acadêmica Centro de Tecnologia-UACTEC, Universidade Federal de Alagoas.
Silva Filho JB 2010. Produção de biodíesel etílico de óleos e gorduras residuais (ogr) em reator químico de baixo custo. Dissertação de Mestrado em Engenharia. Manaus: Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Silva TAR 2011. Biodiesel de Óleo Residual : Produção através da transesterificação por metanolise e etanolise básica, caracterização físico-química e otimização das condições reacionais. Tese de Doutorado em Química. Uberlândia: Universidade Federal de Uberlandia, 2011.
Suarez PAZ et al. 2009. Biocombustíveis a partir de óleos e gorduras: Desafios tecnológicos para viabiliza-los. Química Nova 32(3):768–775.
Suarez PAZ 2015. O Biodiesel. Parâmetros Fisico-quimico para os processos de produção de Biodiesel, p. 33–47.
Suarez PAZ, Lira HN, Rodriguez CGV 2015. Estudo dos parâmetros físico-químicos para a reação de hidroesterificação. Parâmetros Fisico-quimico para os processos de produção de Biodiesel p. 81–154.
Trentini CP, Raspe DT, Silva CDA 2014. Obtenção de Ácidos Graxos Livres do Óleo de Macaúba (Acrocomia aculeata) em Sistema Livre de Solvente Orgânico. Seminário: Ciências Exatas e Tecnológicas 35(1):15.
Uddin MR et al. 2013. Synthesis of Biodiesel from Waste Cooking Oil. Chemical Engineering and Science 1(2):22–26.
Verduzco RLF 2013. Density and viscosity of biodiesel as a function of temperature: Empirical models. Renewable and Sustainable Energy Reviews 19:652–665.
Yaakob Z et al. 2013. Overview of the production of biodiesel from Waste cooking oil. Renewable and Sustainable Energy Reviews 18:184–193.
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Published
2018-02-02
How to Cite
CAMARGO, Rubia de Pina Luchetti; COSTA, Dayane Cristina; SIQUEIRA, Ana Julia; ALVES, Maria Isabel Ribeiro; FILHO, Nelson Roberto Antoniosi. Ethyl Biodiesel Production from Residual Fry Oils and Fats through Acid Esterification Followed by Alkaline Transesterification. Fronteiras - Journal of Social, Technological and Environmental Science, [S. l.], v. 6, n. 3, p. 19–44, 2018. DOI: 10.21664/2238-8869.2017v6i3.p19-44. Disponível em: https://revistas.unievangelica.edu.br/index.php/fronteiras/article/view/2728. Acesso em: 22 dec. 2024.
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Dossier - Sustainable Development and Eco-Entrepreneurship
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