Orientador: Reginaldo Guirardello

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A conversão dos polissacarídeos - celulose e hemicelulose - em açúcares fermentescíveis é um dos fatores que torna a produção do etanol lignocelulósico mais complexa em relação ao etanol produzido da biomassa que contém açúcares ou amido. Portanto, estudos recentes propõem o uso do solvente...

Resumo: A conversão dos polissacarídeos - celulose e hemicelulose - em açúcares fermentescíveis é um dos fatores que torna a produção do etanol lignocelulósico mais complexa em relação ao etanol produzido da biomassa que contém açúcares ou amido. Portanto, estudos recentes propõem o uso do solvente gama-valerolactona (GVL) na conversão destes polissacarídeos, uma vez que traz benefícios para o processo de hidrólise. Todavia, este solvente deve ser removido antes da fermentação, pois a sua presença pode inibir os microrganismos que metabolizam os açúcares. A extração utilizando CO2 subcrítico apresenta-se como um método de separação capaz de remover uma grande quantidade de GVL, no entanto há necessidade de outro método em série, que tenha como função separar uma pequena quantidade de GVL que permanece na solução. A adsorção em leito fixo apresenta uma boa eficiência para tal função. Um processo de adsorção depende de vários fatores, um deles é o tamanho do adsorvente. O diâmetro das partículas do adsorvente em um leito fixo tem influência tanto na transferência de massa quanto na perda de carga da coluna de adsorção. A utilização de uma distribuição ótima de diâmetros de partícula tem por objetivo minimizar a perda de carga, ao mesmo tempo em que se mantém uma remoção satisfatória de GVL. Portanto, este trabalho teve como objetivo a otimização do perfil de diâmetro de partículas do adsorvente em um leito fixo, para separação da gama-valerolactona. Esse problema foi formulado como uma programação não-linear, sendo o modelo resolvido com o software GAMS e o solver IPOPT. A modelagem matemática foi apresentada de duas maneiras, cada uma com uma função objetivo diferente: a minimização da queda de pressão e a minimização da concentração de saída. Os resultados de ambos os casos em escala industrial mostraram que o perfil de diâmetro ótimo é praticamente constante, já em escala laboratorial o perfil apresentou uma variação nas extremidades do leito. Para ambas as escalas o diâmetro das partículas tem efeitos diferentes sobre a queda de pressão e a eficiência da adsorção. Assim, a partir desses resultados pode-se definir o perfil de distribuição ótimo das partículas em leito fixo, de acordo com a queda de pressão e uma concentração de saída aceitável para o processo

Abstract: Conversion of polysaccharides ¿ cellulose and hemicellulose ¿ into fermentable sugars is one of the factors that makes the production of lignocellulosic ethanol more complex in relation to the ethanol produced from the biomass containing sugars or starch. Therefore, recent studies propose...

Abstract: Conversion of polysaccharides ¿ cellulose and hemicellulose ¿ into fermentable sugars is one of the factors that makes the production of lignocellulosic ethanol more complex in relation to the ethanol produced from the biomass containing sugars or starch. Therefore, recent studies propose the use of the solvent gama-valerolactone (GVL) in the conversion of these polysaccharides, since it brings benefits to the process. However, this solvent must be removed before the fermentation stage, because their presence can inhibit the microorganisms that metabolize the sugars. Subcritical CO2 extraction is a method capable of separating a large amount of GVL, however a complementary method is required, which has the function of separating a small quantity of GVL that remained in the sugar solution. The adsorption in fixed bed presents a good efficiency for such function. An adsorption process depends on several factors, one of them is the size of the adsorbent. The diameter of the adsorbent particles in a fixed bed influences both the mass transfer and the adsorption column loss. The use of an optimal distribution of particle diameters is intended to minimize the loss of charge and achieve a satisfactory mass transfer coefficient. Therefore, in this study was realized the optimization of the particle diameter profile in a fixed bed, for separation of gama-valerolactone. This optimization problem was formulated as a nonlinear programming, the model being solved through the General Algebraic Modeling System (GAMS) software and the IPOPT (Interior Point OPTimizer) solver. The results of both cases industrial scale have shown that the optimum diameter profile is practically constant, already in laboratory scale the profile presented a variation in the ends of the bed. For both scales the particle diameter has different effects on the pressure drop and the efficiency of the adsorption. Thus, from these results we can define the optimum distribution profile of the fixed bed particles, according to the pressure drop and an acceptable output concentration for the process

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