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Type: TESE
Title: Modelagem da cinética de transferência de massa no processo de extração supercrítica a partir de produtos naturais = Modeling of the mass transfer kinetics in supercritical fluid extraction of natural products
Title Alternative: Modeling of the mass transfer kinetics in supercritical fluid extraction of natural products
Author: Jesus, Susana Pereira de, 1984-
Advisor: Petenate, Maria Angela de Almeida Meireles, 1953-
Meireles, Maria Angela de Almeida, 1953-
Abstract: Resumo: A extração supercrítica consiste em uma operação unitária de separação na qual o solvente é um fluido no estado supercrítico, sendo que o dióxido de carbono (CO2) é o mais utilizado. Destaca-se por ser reconhecida como uma tecnologia limpa, alternativa aos métodos convencionais que em geral utilizam solventes orgânicos prejudiciais à saúde e ao meio-ambiente. O processo de extração supercrítica tem sido extensivamente estudado pela comunidade científica há mais de três décadas, o que resultou na construção de um sólido conhecimento sobre os principais fundamentos envolvidos neste processo, além da formação de uma ampla base de dados para descrever o comportamento de diferentes sistemas (CO2 + matriz sólida). É uma técnica de extração a alta pressão que começou a ser utilizada em escala comercial na década de 1980 e, desde então, o número de plantas em operação é crescente em algumas regiões como Europa, Ásia e Estados Unidos. Apesar disso, continua a ser considerada uma tecnologia emergente e inovadora, visto que os métodos convencionais ainda são predominantes em diversas aplicações industriais e, em muitos países (como é o caso do Brasil), a técnica ainda não é utilizada em escala comercial. A viabilidade técnica do processo de extração supercrítica já está consolidada e a tecnologia encontra-se disponível comercialmente. Além disso, pesquisadores da área afirmam que a técnica pode ser economicamente competitiva, dependendo da área de aplicação e do produto de interesse. Entretanto, a questão econômica ainda é considerada como o principal empecilho à disseminação desta técnica, pois os custos de investimento associados a uma planta de alta pressão são altos quando comparados à instalação de plantas que operam em baixas pressões. Diante deste cenário, considera-se importante a investigação de métodos de cálculo (modelagem e simulação) que possam ser aplicados no sentido de estimar parâmetros para design de processo e aumento de escala, os quais são requeridos em estudos de viabilidade econômica. No presente trabalho, dados disponíveis na literatura foram utilizados para estudar a modelagem matemática da transferência de massa no processo de extração supercrítica. Para tanto, dados cinéticos de matérias-primas diversas foram ajustados por meio da aplicação de diferentes modelos, tendo como foco avaliar a versatilidade e aplicabilidade dos mesmos em termos de design de processo. Os resultados demonstraram que o modelo spline e o modelo de Sovová foram eficientes na descrição quantitativa da curva de extração, além de apresentarem versatilidade para ajustar curvas com formatos diferenciados. O modelo spline apresentou os melhores ajustes e também menores erros na descrição da etapa CER (Constant Extraction Rate), a qual é a mais importante em termos de design de processo

Abstract: Supercritical fluid extraction (SFE) is a solid-fluid separation technique in which the solvent is a fluid in the supercritical state, and the supercritical carbon dioxide (CO2) is the most used one. It is recognized as a green technology and a versatile alternative to conventional extraction methods, which generally use organic solvents that are harmful to human health and environment. The SFE process has been extensively studied by scientific community for more than three decades. As a consequence, a solid knowledge about the fundamental concepts has been developed, and there is a huge amount of data to describe the behavior of different systems (CO2 + solid matrix). It is a high-pressure extraction method that has been carried out on a commercial scale since the 1980s. From that point on, a growing number of industrial plants have been operating in Europe, Asia, and USA. However, SFE can still be considered an emerging technology since the conventional methods remain the most used in various applications. Besides, this technique has yet not been applied on a commercial scale in several countries, such as Brazil. The technical feasibility of SFE process is consolidated and the industrial-scale technology is commercially available. Researchers in this field claim that costs of SFE may be commercially competitive, depending on application area and target products. Nonetheless, the economic aspects are still considered an obstacle in SFE technology dissemination. This happens especially because a high pressure process requires higher investment costs than a conventional low pressure plant. In this scenario, it is important to investigate calculation methods (modeling and simulation) that may be applied to estimate parameters for process design and scale-up, which are key points in studies of economic viability. In this work, the mathematical modeling of SFE mass transfer was investigated by using experimental data from literature. Then, different models were applied to fit the kinetic data of SFE from various raw materials. The main purpose was to evaluate the models by considering their versatility and applicability in terms of process design. The results showed that spline and Sovová¿s models have been very effective in describing the quantitative behavior of the extraction curves. Moreover, these models presented versatility in fitting different curve shapes. The spline model provided the best fits as well as the lowest residual errors in the CER (Constant Extraction Rate) period, which is the most important region for process design purposes
Subject: Modelagem matemática
Transferência de massa
Extração com fluido supercrítico
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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