Hidroesterificación de Aceite Usado de Cocina con Agua Subcrítica y Etanol Supercrítico para la Producción de Biodiésel

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.53591/easi.v2i2.2536

Palabras clave:

Hidroesterificación, Hidrólisis, Esterificación, Etanol supercrítico, Biodiésel

Resumen

El objetivo de este estudio fue determinar la mejor combinación de factores experimentales de temperatura y tiempo de reacción para la reacción de hidroesterificación en dos pasos (hidrólisis y esterificación), del aceite usado de cocina con agua subcrítica y etanol supercrítico, que permita maximizar la obtención de ésteres etílicos de ácido graso (biodiésel). El aceite usado (materia prima del proceso) se caracterizó mediante ensayos fisicoquímicos aplicables para aceites y grasas de origen animal y vegetal. La reacción de hidrólisis se llevó a cabo con un diseño experimental factorial 3x3 en temperatura y tiempo (250, 275 y 300 °C durante 20, 40 y 60 minutos), con relación volumétrica constante agua – aceite 1:1. Se separó los ácidos grasos libres de la glicerina, se esterificaron con etanol supercrítico con base en un diseño experimental factorial 3x3 en temperatura y tiempo (250, 300 y 350 ° C durante 10, 20 y 30 minutos) manteniéndose constante la presión del medio de reacción en 10 MPa y la relación molar de etanol - ácidos grasos libres 10:1. El porcentaje de conversión de ácidos grasos libres de la reacción de hidrólisis y el porcentaje de conversión de la reacción de esterificación se determinaron mediante titulación potenciométrica. Se obtuvo 98 % de conversión de hidrólisis después de 40 minutos de reacción a 300 °C y 95 % de conversión de esterificación tras 20 minutos de reacción a 300 °C.

Biografía del autor/a

Walter Quiroga Pérez, Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador

Ingeniero Químico por la Escuela Politécnica Nacional (2019). Máster en gestión ambiental y energética por la Universidad Internacional de la Rioja y maestrante de economía circular en la Pontificia Universidad Católica del Ecuador. Se desempeña actualmente como coordinador técnico en PECS Ambiente y Sostenibilidad, especialista en la gestión de desechos peligrosos y economía circular.  

Liliana Guzmán Beckman, Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador

Ingeniera Química de la Escuela Politécnica Nacional (EPN) en el 2003. Máster en Diseño de Procesos, Universidad Central del Ecuador. Ingeniera de campo de registros eléctricos en pozos en perforación y en producción de petróleo, Baker Hughes. Gerente de Logística y Procesos para trazar el combustible ecuatoriano para prevenir y controlar el contrabando y desvío de derivados del petróleo, Decipher C.A. Actualmente, profesora del Departamento de Ingeniería Química de la EPN, investiga temas relacionados con petróleo, derivados del petróleo y biocombustibles.

Andrés Chico Proaño , Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador

Ingeniero Químico por la Escuela Politécnica Nacional. Máster en ciencias en Ingeniería de Procesos y Sistemas Ambientales por University of Surrey, GB y Doctor en Ingeniería Química por University College of London, GB. Sus áreas de investigación es el modelado de procesos termoquímicos de biomasa, las aplicaciones de conversión de residuos en energía y el diseño y optimización de procesos químicos. Actualmente, se desempeña como docente del Departamento de Ingeniería Química de la EPN. 

Emerson Reyes Narváez, Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador

Emerson Reyes Narváez

Analista de Laboratorio de Ensayos

Escuela Politécnica Nacional

Ayudante de Investigación - Departamento de Ingeniería QuímicaAyudante de Investigación - Departamento de Ingeniería Química

Citas

Akgün, N., Yaprakçi, A., & Candemir, C. (2010). Esterification of olive acid oil in supercritical methanol. European Journal of Lipid Science and Technology, 112(5), 593–599. https://doi.org/10.1002/ejlt.200900213.

Alenezi, R., Baig, M. N., Santos, R. C. D., & Leeke, G. A. (n.d.). Continuous Flow Hydrolysis of Sunflower Oil Using Sub-critical Water.

Alenezi, R., Leeke, G. A., Winterbottom, J. M., Santos, R. C. D., & Khan, A. R. (2010). Esterification kinetics of free fatty acids with supercritical methanol for biodiesel production. Energy Conversion and Management, 51(5), 1055–1059. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2009.12.009.

DIN. (2012). Rapeseed oil as fuel DIN 51605 : 2010-10. 51605.

dos Santos, P. R. S., Voll, F. A. P., Ramos, L. P., & Corazza, M. L. (2017). Esterification of fatty acids with supercritical ethanol in a continuous tubular reactor. Journal of Supercritical Fluids, 126, 25–36. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2017.03.002.

Faúndez, J., & Valderrama, C. (2003). Modelado del Equilibrio Líquido-Vapor en Mezclas Binarias y Ternarias de Interés en Destilación Vínica. Información Tecnológica, 14(1), 83–92.

Ferreira de Mello, B. T., Gonçalves, J. E., de Menezes Rodrigues, G., Cardozo-Filho, L., & da Silva, C. (2017). Hydroesterification of crambe oil (Crambe abyssinica H.) under pressurized conditions. Industrial Crops and Products, 97, 110–119. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.12.014.

Freedman, B., Pryde, E. H., & Mounts, T. L. (1984). Variables affecting the yields of fatty esters from transesterified vegetable oils. Journal of the American Oil Chemists Society, 61(10), 1638–1643. https://doi.org/10.1007/BF02541649.

Gui, M. M., Lee, K. T., & Bhatia, S. (2009). Supercritical ethanol technology for the production of biodiesel: Process optimization studies. Journal of Supercritical Fluids, 49(2), 286–292. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2008.12.014.

Holliday, R. L., King, J. W., & List, G. R. (1997). Hydrolysis of Vegetable Oils in Sub- and Supercritical Water. Industrial & Engineering Chemistry Research, 36(3), 932–935. https://doi.org/10.1021/ie960668f.

Kansedo, J., & Lee, K. T. (2014). Non-catalytic hydrolysis of sea mango (Cerbera odollam) oil and various non-edible oils to improve their solubility in alcohol for biodiesel production. Chemical Engineering Journal, 237, 1–7. https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.09.104.

Kusdiana, D., & Saka, S. (2001). Kinetics of transesterification in rapeseed oil to biodiesel fuel as treated in supercritical methanol. Fuel, 80(5), 693–698. https://doi.org/10.1016/S0016-2361(00)00140-X.

Kusdiana, D., & Saka, S. (2004). Two-step preparation for catalyst-free biodiesel fuel production: hydrolysis and methyl esterification. Applied Biochemistry and Biotechnology, 113–116, 781–791. https://doi.org/10.1385/ABAB:115:1-3:0781.

Leung, D. Y. C., Wu, X., & Leung, M. K. H. (2010). A review on biodiesel production using catalyzed transesterification. Applied Energy, 87(4), 1083–1095. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.10.006.

M. Hajjari, M. Tabatabaei, M. Aghbashlo, H. G. (2017). 1 . A review on the prospects of sustainable biodiesel production : A global scenario with an emphasis on waste-oil biodiesel utilization 2 . Biochar as a Catalyst 3 . The political economy of biodiesel in an era of low oil prices toxicological and policy. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 72(January 2017), 445–464. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.034.

Machado, G. D., Pessoa, F. L. P., Castier, M., Aranda, D. A. G., Cabral, V. F., Cardozo-Filho, L., Luiz, F., Pessoa, P., Castier, M., Aranda, D. A. G., & Cabral, V. F. (2013). Biodiesel Production by Esteri fi cation of Hydrolyzed Soybean Oil with Ethanol in Reactive Distillation Columns: Simulation Studies. Industrial & Engineering Chemistry Research, 52(27), 9461–9469. https://doi.org/10.1021/ie400806q.

Machrafi, H. (2012). Green Energy and Technology. In Green Energy and Technology. https://doi.org/10.2174/97816080528511120101.

Micic, R. D., Tomić, M. D., Kiss, F. E., Martinovic, F. L., Simikić, M., & Molnar, T. T. (2016). Comparative analysis of single-step and two-step biodiesel production using supercritical methanol on laboratory-scale. Energy Conversion and Management, 124, 377–388. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.07.043

Milliren, A. L., Wissinger, J. C., Gottumukala, V., & Schall, C. A. (2013). Kinetics of soybean oil hydrolysis in subcritical water. Fuel, 108, 277–281. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.12.068.

Minami, E., & Saka, S. (2006). Kinetics of hydrolysis and methyl esterification for biodiesel production in two-step supercritical methanol process. Fuel, 85(17–18), 2479–2483. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2006.04.017.

Ministerio del Ambiente. (2012). Suplemento-Registro Oficial N° 856.

Oliveira, E. De, Karen, L., Rodrigues, R., & Luiz, D. (2017). Experimental factorial design on hydroesteri fi cation of waste cooking oil by subcritical conditions for biodiesel production. 114, 574–580. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.07.066.

Ortiz-Martínez, V. M., Salar-García, M. J., Palacios-Nereo, F. J., Olivares-Carrillo, P., Quesada-Medina, J., Ríos, A. P. D. L., & Hernández-Fernández, F. J. (2016). In-depth study of the transesterification reaction of Pongamia pinnata oil for biodiesel production using catalyst-free supercritical methanol process. Journal of Supercritical Fluids, 113, 23–30. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2016.03.009.

Phan, A. N., & Phan, T. M. (2008). Biodiesel production from waste cooking oils. Fuel, 87(17–18), 3490–3496. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.07.008.

Pinnarat, T., & Savage, P. E. (2010). Noncatalytic esterification of oleic acid in ethanol. Journal of Supercritical Fluids, 53(1–3), 53–59. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2010.02.008.

Pinto, J. S. S., & Lanças, F. M. (2006). Hydrolysis of corn oil using subcritical water. Journal of the Brazilian Chemical Society, 17(1), 85–89. https://doi.org/10.1590/S0103-50532006000100013.

Satyarthi, J. K., Srinivas, D., & Ratnasamy, P. (2011). Hydrolysis of vegetable oils and fats to fatty acids over solid acid catalysts. Applied Catalysis A: General, 391(1–2), 427–435. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2010.03.047.

Shin, H. Y., Ryu, J. H., Park, S. Y., & Bae, S. Y. (2012). Thermal stability of fatty acids in subcritical water. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 98, 250–253. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2012.08.003.

Yujaroen, D., Goto, M., Sasaki, M., & Shotipruk, A. (2009). Esterification of palm fatty acid distillate (PFAD) in supercritical methanol: Effect of hydrolysis on reaction reactivity. Fuel, 88(10), 2011–2016. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.02.040.

Archivos adicionales

Publicado

23-12-2023

Cómo citar

Quiroga Pérez, W. ., Guzmán Beckman, L., Chico Proaño , A. ., & Reyes Narváez, E. (2023). Hidroesterificación de Aceite Usado de Cocina con Agua Subcrítica y Etanol Supercrítico para la Producción de Biodiésel . EASI: Ingeniería Y Ciencias Aplicadas En La Industria, 2(2), 29–40. https://doi.org/10.53591/easi.v2i2.2536

Número

Vol. 2 Núm. 2 (2023): Sostenibilidad y ahorro energético (edición especial)

Sección

Artículos originales

Licencia

Derechos de autor 2023 Emerson Reyes Narváez, Liliana Guzmán Beckman, Walter Quiroga Pérez, Andrés Chico Proaño

Creative Commons License

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.

Las contribuciones publicadas en la revista EASI se rigen por la licencia de acceso abierto CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinDerivadas 4.0). Esta licencia te empodera como autor, y garantiza la amplia difusión de tu investigación mientras protege tus derechos.

Para autores:

  • Conservan los derechos de autor sin restricciones.
  • La revista obtiene una licencia para publicar y distribuir el manuscrito original.

Para lectores/usuarios:

Acceso y distribución gratuita: cualquier lector o usuario puede acceder, descargar, copiar, imprimir y compartir el artículo publicado libremente según los términos de la licencia CC BY-NC-ND 4.0.

Reconocimiento obligatorio: si un tercero utiliza el material publicado, debe dar crédito al creador proporcionando el nombre, el título del artículo y el nombre de la revista, lo que garantiza la propiedad intelectual del autor(es) y ayuda a construir su reputación académica.

Uso no comercial: solo se permite el uso no comercial del trabajo publicado. No comercial significa que no está destinado principalmente ni dirigido al aprovechamiento comercial o la compensación monetaria por parte de ningún tercero.

No se permiten modificaciones: el contenido del artículo publicado no se puede cambiar, mezclar o reconstruir a partir del trabajo del autor. Esto asegura la integridad y precisión de los resultados de la investigación.

Te invitamos a familiarizarte con los términos completos de la licencia:

  • Atribuciones: 

https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.es

  • Definiciones, alcance y términos de la licencia: 

https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/legalcode.en

Al publicar bajo CC BY-NC-ND 4.0, los autores contribuyen al avance del conocimiento científico mientras mantienen el control sobre su trabajo. Si tienes alguna pregunta, no dudes en ponerte en contacto con los editores de la revista.

Estadística (Statistics)

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC