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dc.contributor.authorCansian, Ana Bárbara Moulin
dc.date.accessioned2020-05-22T16:06:41Z
dc.date.available2020-05-22T16:06:41Z
dc.date.issued2020-03-02
dc.identifier.citationCANSIAN, Ana Bárbara Moulin. Modelagem e simulação da produção de biossurfactante em biorrefinaria integrada biodiesel-bioetanol. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2020. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12764.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12764
dc.description.abstractBiosurfactants are amphipathic molecules produced by enzymatic or microbiological routes. Biosynthesis can occur by esterifying sugars with fatty acids, with lipase as the main enzyme that catalyzes the reaction. However, such products are not yet available on the market, which is dominated by synthetic surfactants, derived from non-renewable sources. In view of this, there is a need to propose new production routes with greater economic viability than those already existing. Thus, the work in question proposes to model and simulate a bioprocess for biosurfactant synthesis through enzimatic route. The simulation was performed using equation-oriented software (EMSO).Two possible routes for the production of biosurtants were evaluated: the first employs the esterification, by immobilized lipase, of Free Fatty Acids (FFA) with xylose, followed by recovery and reuse of the enzymes, and the product separation / purification process using liquid-liquid extraction; a second consideration to the selection / purification of the product by use processes. Regarding the first proposal, in order to simulate the liquid-liquid balance, it was necessary to know the thermodynamic parameters. A solution commonly used to predict thermodynamic phase equilibrium when two liquid phases might be present is the non-random model of two liquids (NRTL). Thus, a specific objective of this work was to train a neural network to predict equilibrium parameters of the NRTL model, and then to obtain estimates of activity coefficients for compounds of interest in this work. An optimal neural configuration was obtained, adequately minimizing errors in training, validation and testing. The simulation of the first route was then carried out at EMSO, using the extractor developed for the separation process. However, there was no convergence since there is still a need for a greater amount of experimental information on the phases formed, which can be used as good initial guesses to the code implemented in the EMSO software. Despite the non-convergence, NRTL-neural modeling is an important methodological contribution to the study of separation of the esterification product via liquid-liquid extraction, which may be better applied in future works. As the separation by extraction is still not concise enough, we proceeded to simulate the second route to be evaluated, based on a proposed precipitation sequence. Considering such a process 4 alternative, the modeling and simulation were carried out successfully. The percentage of solids in the product was about 14% AGL and 86% biosurfactant. Regarding the study of energy expenditure, in general, there was a greater absolute amount of heat associated with cooling (coolers that precede the first precipitator and the second precipitator, - 216.5162 kW) than heating (esterification reactor, 20.1748 kW). With the simulations carried out it was possible to verify that the degree of purity found in previous work available in the literature could be reached for the production of biosurfactants from residues of the biorefinery environment via enzymatic catalysis, becoming an alternative in obtaining sugar esters.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectBiossurfactantespor
dc.subjectModelagem e Simulaçãopor
dc.subjectEsterificaçãopor
dc.subjectLipasespor
dc.subjectSeparação/Purificação do produtopor
dc.subjectPrecipitaçãopor
dc.subjectBiosurfactantseng
dc.subjectModeling and Simulationeng
dc.subjectEsterificationeng
dc.subjectLipaseseng
dc.subjectSeparation / Purification of the producteng
dc.subjectPrecipitationeng
dc.titleModelagem e simulação da produção de biossurfactante em biorrefinaria integrada biodiesel-bioetanolpor
dc.title.alternativeModeling and simulation of biosurfactant production in biodiesel-bioethanol integrated biorefineryeng
dc.typeDissertaçãopor
dc.contributor.advisor1Sousa Júnior, Ruy de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1983482879541203por
dc.contributor.advisor-co1Furlan, Felipe Fernando
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4136352953168873por
dc.description.resumoBiossurfactantes são moléculas anfipáticas produzidas por rotas enzimáticas ou microbiológicas. A biossíntese pode ocorrer pela esterificação de açúcares com ácidos graxos, tendo a lipase como principal enzima que catalisa a reação. No entanto, tais produtos ainda não estão disponíveis no mercado, sendo este dominado por surfactantes sintéticos, derivados de fontes não renováveis. Diante disso, surge a necessidade de propor novas rotas de produção com viabilidade econômica superior às já existentes. Assim, o trabalho em questão propõe modelar e simular um fluxograma de bioprocesso ainda não empregado industrialmente. A simulação foi realizada em um software orientado a equações (EMSO). Duas possíveis rotas para produção de biossurtactantes foram avaliadas: a primeira emprega a esterificação, por lipase imobilizada, de Ácidos Graxos Livres (AGL) com xilose, seguida por recuperação e reutilização das enzimas, e processo de separação/purificação do produto utilizando extração líquido-líquido; a segunda considera a separação/purificação do produto por processos de precipitação. Referente à primeira proposta, para que seja possível simular o equilíbrio líquido-líquido é necessário conhecer os parâmetros termodinâmicos. Uma solução comumente usada para prever o equilíbrio termodinâmico de fases é o modelo não-aleatório de dois líquidos (do inglês, NRTL). Desta forma, um objetivo específico deste trabalho foi treinar uma rede neural para predizer parâmetros de equilíbrio do modelo NRTL, e então obter estimativas de coeficientes de atividade para compostos de interesse deste trabalho. Uma configuração neural ótima foi obtida, minimizando adequadamente os erros de treinamento, validação e teste. A simulação da primeira rota foi então realizada no EMSO, utilizando o extrator desenvolvido para o processo de separação. Contudo, não houve convergência uma vez que ainda se faz necessária uma maior quantidade de informação experimental sobre as fases formadas, que possam ser utilizadas como bons chutes iniciais ao código implementado no software EMSO. Apesar da não-convergência, a modelagem NRTL-neural é uma contribuição metodológica importante para estudo de separação do produto de esterificação via extração líquido-líquido, a qual poderá ser melhor aplicada em trabalhos futuros. Como a separação por 2 extração, conforme aqui abordada, ainda não é concisa o suficiente, caminhou-se para a simulação da segunda rota a ser avaliada, tendo por base uma sequência de precipitações propostas. Considerando tal alternativa de processo, a modelagem e simulação foram realizadas com sucesso. A porcentagem dos sólidos no produto foi de cerca de 14% de AGL e 86% de biossurfactante. Com relação ao estudo dos gastos energéticos, de forma geral, observou-se maior quantidade absoluta de calor associada ao resfriamento (resfriadores que antecedem o primeiro precipitador e o segundo precipitador, - 216,5162 kW) do que ao aquecimento (reator de esterificação, 20,1748 kW). Com as simulações realizadas foi possível verificar que o grau de pureza encontrado em trabalho anterior disponível na literatura pôde ser atingido para produção de biossurfactantes a partir de resíduos do ambiente de biorrefinarias via catálise enzimática, se tornando uma alternativa na obtenção de ésteres de açúcar.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICApor
dc.description.sponsorshipIdCNPq: 132826/2018-6por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/2791829789886693por


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