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Type: TESE
Title: Modelagem, simulação e otimização de um processo de fermentação alcoolica continua, com recibo de celulas, em reator cascata
Author: Kalil, Susana Juliano
Advisor: Rodrigues, Maria Isabel, 1957-
Abstract: Resumo: A maioria dos trabalhos publicados sobre fermentação alcoólica por Saccharomyces cerevisiae apresenta parâmetros cinéticos determinados em condições muito diferentes daquelas praticadas pelas usinas nacionais. Além disso, muitos processos foram estudados em condições isotérmicas não permitindo verificar-se a influência da temperatura no rendimento e na produtividade do processo. Neste trabalho, o objetivo principal foi otimizar as condições operacionais de um processo de fermentação alcoólica usando a metodologia do planejamento fatorial e análise de superfície de resposta, de modo a maximizar o rendimento e a produtividade. Os parâmetros estudados foram: o perfil de temperatura, o tempo de residência, a concentração de células do reciclo e a distribuição de alimentação de mosto entre a primeira e a segunda dorna de fermentação em um sistema constituído por quatro reatores CSTRs ideais, em série, com reciclo de células. Através de simulações por computador, com resolução numérica por Runge-Kutta de quarta ordem das equações diferenciais ordinárias, foram obtidas as respostas de rendimento e produtividade do processo. Os parâmetros cinéticos utilizados na modelagem matemática foram obtidos de literatura, a partir de trabalhos cujas condições experimentais utilizadas foram as mais próximas possíveis da realidade nacional (substrato a partir de cana-de-açúcar, microrganismo isolado de usina e faixa de temperatura dentro das condições climáticas do país). Primeiramente, aplicou-se a metodologia de PLACKETT-BURMAN (1946) para as dez variáveis de processo estudadas, e destas selecionou-se somente parâmetros considerados importantes para cada resposta de modo a serem usados na otimização do rendimento e da produtividade. Após definidas as variáveis importantes para cada resposta, utilizou-se a metodologia do planejamento fatorial e análise de superfície de resposta e verificou-se que com a temperatura da dorna 1 em 34°C, a dorna 2 a 32°C, as dornas 3 e 4 a 30°C, os tempos de residência nas quatro dornas de l,25h, uma distribuição de alimentação de mosto 1:1 entre a primeira e a segunda dorna e uma concentração de células no reciclo de 90 kg/nr5, atinge-se um rendimento de 86,28% (99,1% de conversão) e uma produtividade de 12 g/l.h, o que corresponde a um ganho de 48,16% em relação ao processo não otimizado

Abstract: The culture conditions used in most of the works published on alcoholic fermentation with Saccharomyces cerevisiae showed to be different from those used in brazilian destilleries. Besides this, many works were carried out on isothermic conditions so that the temperature effect on yield and productivity couldn't have been verified. In this work the main objective was to optimize the operational conditions of a typical large scale alcohol brasilian plant, using the factorial design and surface analyses technique in order to maximize yield and productivity. The parameters studied were: the temperature profile, residence time, cell recycle concentration and medium feed distribution between first and second stage. The fermentation system consisted of four CSTR's linked in serie, with cell recycle. Through of computer simulation, using the 4th order Runge-Kutta method, the values of yield and productivity were obtained. The kinetic parameters used in the mathematical modeling were obtained from the literature and relating to the specific brazilian fermentation conditions (sugar-cane molasses as substrate, microrganism isolated from industrial plant and the range of temperature). At first, the PLACKETT-BURMAN (1946) serening methodology was performed with ten parameters leading, to the selection of 5 parameters as the most important to optimize the yield and productivity. Further, using the surface response method, the optimal operational conditions was verified as following: the temperature of 34°C for the first stage, at second stage 32°C, at stages 3 and 4, 30°C; the residence time was the same in all stages and equal to 1.25 h; the distribution ratio between the first and second stage was 1:1 and the cell recycle concentration was 90 kg/m3.The process yield and productivity using these parameters values were respectively 86.28% and 12 g/l.h, which means a gain of 48.16% in productivity, compared to a non optimized process with similar yield
Subject: Fermentação alcoolica
Planejamento experimental
Temperatura
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 1997
Appears in Collections:FEA - Dissertação e Tese

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