Estudo do desempenho de eliminadores de névoa na fermentação alcoólica extrativa

Martins, Taise Bonfim

dc.contributor.author	Martins, Taise Bonfim
dc.date.accessioned	2021-11-11T07:53:54Z
dc.date.available	2021-11-11T07:53:54Z
dc.date.issued	2021-08-27
dc.identifier.citation	MARTINS, Taise Bonfim. Estudo do desempenho de eliminadores de névoa na fermentação alcoólica extrativa. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15096.	*
dc.identifier.uri	https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15096
dc.description.abstract	The ethanol removal by gas stripping with CO2 offers a potential way to minimize the inhibitory effects of ethanol on yeast cells during the alcoholic fermentation, allowing higher ethanol volumetric productivity compared to the conventional process. In the present study, the hydrodynamics and mass transfer characteristics of ethanol stripping with CO2 were evaluated for different models and working volumes of pneumatic bioreactors, 2.0, 5.0 and 10.0 L. Furthermore, mist eliminators were investigated in order to increase the liquid-gas mass transfer as well as to decrease the entrainment of the droplets carried along with the gas stream, allowing a higher ethanol enrichment in the vapor phase. Firstly, the ethanol removal from alcoholic solutions by gas stripping was evaluated for a 2.0 L pneumatic bioreactor operated in bubble column (BC), concentric-tube airlift (CTA), and split-cylinder airlift (SCA) configurations in order to determine the model that allows higher mass transfer coefficients. The results showed that the three pneumatic reactor models promoted the removal of similar amounts of ethanol in the range of specific gas flow rate investigated. The same behavior was observed for the three scales, although the 10.0 L bioreactor allowed a decrease in the water removal. Then stripping experiments in alcoholic solutions were performed using a 10.0 L bubble column reactor and different prototypes of mist eliminators. It was observed that the mist eliminators were able to enhance the mass transfer, resulting in higher ethanol removal coefficients (kE) and ethanol entrainment factors (FAE), compared with the assays carried out without the device. Finally, extractive ethanol fermentations were conducted in a batch mode using the mist eliminator on the top of the reactor. Monitoring the liquid phase during the extractive fermentation showed an increase in ethanol productivity compared to that obtained in the conventional process. This result was due the use of stripping technique along the cultivation, but it was not because of the mist eliminator effect. On the other side, monitoring the vapor phase revealed that the mist eliminator prototype composed by glass spheres decreased the entrainment of the liquid droplets carried along with the gas phase, resulting in lower water content in the gas stream leaving the reactor, compared to that observed in the extractive fermentation performed without the prototype. Therefore, mist eliminators can increase the ethanol selectivity of this separation process, allowing a decrease in the costs concerning the recovery and concentration of the product removed by gas stripping.	eng
dc.description.sponsorship	Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)	por
dc.language.iso	por	por
dc.publisher	Universidade Federal de São Carlos	por
dc.rights	Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/	*
dc.subject	Produção de etanol	por
dc.subject	Fermentação extrativa	por
dc.subject	Arraste gasoso com CO2	por
dc.subject	Biorreatores pneumáticos	por
dc.subject	Eliminadores de névoa	por
dc.subject	Ethanol production	eng
dc.subject	Extractive fermentation	eng
dc.subject	Gas stripping with CO2	eng
dc.subject	Pneumatic bioreactors	eng
dc.subject	Mist eliminators	eng
dc.title	Estudo do desempenho de eliminadores de névoa na fermentação alcoólica extrativa	por
dc.title.alternative	Study of mist eliminators performance on extractive ethanol fermentation	eng
dc.type	Tese	por
dc.contributor.advisor1	Badino Júnior, Alberto Colli
dc.contributor.advisor1Lattes	http://lattes.cnpq.br/6244428434217018	por
dc.contributor.advisor-co1	Cerri, Marcel Otavio
dc.contributor.advisor-co1Lattes	http://lattes.cnpq.br/7999741482353508	por
dc.description.resumo	A técnica de remoção de etanol por stripping com CO2 pode ser empregada para reduzir os efeitos inibitórios que o etanol exerce sobre a levedura ao longo da fermentação alcoólica, o que permite a obtenção de maiores produtividades em etanol em relação ao processo convencional. No presente trabalho, foi realizado um estudo da hidrodinâmica e da transferência de massa envolvidas no stripping de etanol com CO2 em diferentes modelos e escalas de reatores pneumáticos, 2,0; 5,0 e 10,0 L. Além disso, foi investigado o potencial de aplicação de eliminadores de névoa a fim de promover uma maior transferência de massa da fase líquida para a fase gasosa, bem como reduzir a ocorrência do arraste mecânico, possibilitando um enriquecimento em etanol da corrente de saída do reator e, consequentemente, uma maior eficiência na remoção de etanol. Inicialmente, a remoção de etanol de soluções hidroalcoólicas por arraste gasoso com CO2 foi estudada em diferentes modelos e escalas de reatores pneumáticos a fim de selecionar a configuração que proporciona uma maior transferência de massa da fase líquida para a fase gasosa. Os resultados mostraram que as três classes de reatores investigados promoveram a remoção de quantidades semelhantes de etanol na faixa de vazão específica de gás avaliada. Com relação à variação da escala, observou-se que embora os três reatores tenham removido quantidades de etanol muito próximas, o biorreator de 10,0 L foi o que promoveu uma menor remoção de água. A seguir, foram conduzidos experimentos de arraste gasoso com CO2 em solução hidroalcoólica em reator coluna de bolhas de 10,0 L utilizando eliminadores de névoa fabricados a partir de diferentes materiais. Foi possível observar que os eliminadores de névoa foram capazes de promover um arraste termodinâmico mais eficiente, o que resultou na obtenção de maiores valores da constante de remoção (kE) e do fator de arraste de etanol (FAE) em comparação com os ensaios realizados sem o eliminador de névoa. Por fim, foram conduzidas fermentações extrativas em batelada com e sem a presença do eliminador de névoa no topo do reator. A partir do monitoramento da fase líquida ao longo das fermentações, verificou-se que houve um aumento de produtividade em etanol, mas não em função efeito do eliminador de névoa, mas devido à utilização da técnica de stripping. Por outro lado, o monitoramento da fase gasosa revelou que o uso do eliminador de névoa composto por esferas de vidro foi capaz de reduzir o arraste mecânico, o que resultou em menores frações molares de água na saída do reator em comparação com a fermentação extrativa realizada sem o dispositivo. Dessa forma, os eliminadores de névoa atuam no aumento da seletividade em etanol do processo de separação, o que pode reduzir os custos envolvidos nas etapas de recuperação e concentração do etanol removido por arraste gasoso.	por
dc.publisher.initials	UFSCar	por
dc.publisher.program	Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ	por
dc.subject.cnpq	ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA	por
dc.description.sponsorshipId	CAPES: Código de Financiamento 001	por
dc.publisher.address	Câmpus São Carlos	por
dc.contributor.authorlattes	http://lattes.cnpq.br/0269816277533872	por