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dc.contributor.authorSantos, Mayara Vieira
dc.date.accessioned2023-02-01T12:33:22Z
dc.date.available2023-02-01T12:33:22Z
dc.date.issued2022-06-30
dc.identifier.citationSANTOS, Mayara Vieira. Estudo do processo integrado de fermentação alcoólica extrativa com CO2 com desidratação por adsorção e recuperação por absorção. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17316.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17316
dc.description.abstractTo minimize the effects of ethanol inhibition, increase productivity, and reduce energy and environmental footprint, different strategies of ethanol removal by gas stripping with CO2 during alcoholic fermentation have been studied. However, there are a few studies on how to efficiently recover the ethanol removed by stripping, which becomes difficult the application of this technique. In the present work, an integrated process of ethanol production by extractive fermentation with CO2 stripping and ethanol recovery by the association of adsorption and absorption processes was developed. Firstly, an analytical methodology based on the combination of Fourier transform mid-infrared spectroscopy (FT-MIR) with the partial least squares multivariate regression (PLS) method was developed to monitor the gas phase containing water and ethanol. Then, the water and ethanol adsorptive capacities of the 3A (Z1, Z2, and Z3) zeolites and cassava sago adsorbents were evaluated in an up-flow packed column to select the most suitable adsorbent for dehydration of the gas stream from stripping of hydroalcoholic solutions and extractive fermentations. The next step was to evaluate different strategies of association of the adsorption and absorption (with monoethilene glycol, MEG) processes using extractive fermentation experiments operated in fed-batch mode using different substrate concentrations in the feed stream. Regarding adsorption, zeolite 3A (Z3) stood out for adsorbing all water from the gas stripping stream for the longest time period (10 h), having the highest affinity for water (0.1231 gW.gAdsorbent-1), and the lowest affinity for ethanol among the evaluated zeolites. While sago adsorbent, despite having a shorter break-up time and lower affinity for water, it was the adsorbent that did not interact with ethanol. The association of adsorption (with a fixed bed column filled with 3A zeolite) and subsequent absorption (using absorbers connected in series containing MEG) was the best combination of operations studied. This configuration provided the highest overall ethanol recovery (96.3% for hydroalcoholic solutions and 100% for extractive batch fermentation) and considerable dehydration of the gas stream (100% for hydroalcoholic solutions and 91% for extractive batch fermentations). The integrated process of fed-batch extractive fermentation and recovery by adsorption and absorption allowed the conversion of 240 g L-1 of the substrate into ethanol of 117.6 g L-1 (14.9 °GL). This value was 47% higher compared to those obtained in conventional fed-batch fermentation (operated in similar industrial conditions). The combination of the adsorption and subsequent absorption processes was an excellent strategy for dehydration of the fermentation gas stream fed with substrate concentration value similar to those found in industrial facilities (100%) and extractive fermentation with high substrate load (99.4%), and ethanol recovery in both fermentation conditions. The system was able to recover all the ethanol removed by the stripping stream. The combined process of fed-batch fermentation, gas stripping with CO2, and ethanol recovery proved to be a promising process since a greater amount of substrate can be fed into the fermentation with constant ethanol removal, directly influencing the increase in ethanol productivity. Furthermore, the combination of adsorption and absorption processes promoted the recovery of all ethanol, which directly impacts on the global increases in industrial production capacity.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)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.subjectEtanolpor
dc.subjectFermentação extrativapor
dc.subjectStripping por CO2por
dc.subjectRecuperação de etanolpor
dc.subjectAdsorção gasosapor
dc.subjectAbsorção gasosapor
dc.subjectIntegração de processospor
dc.subjectEthanoleng
dc.subjectExtractive fermentationeng
dc.subjectStripping by CO2eng
dc.subjectEthanol recoveryeng
dc.subjectGas adsorptioneng
dc.subjectGas absorptioneng
dc.subjectProcess integrationeng
dc.titleEstudo do processo integrado de fermentação alcoólica extrativa com CO2 com desidratação por adsorção e recuperação por absorçãopor
dc.title.alternativeStudy of the integrated process of extractive alcoholic fermentation with CO2 with dehydration by adsorption and recovery by absorptioneng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Cruz, Antonio José Gonçalvez da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1812806190521028por
dc.contributor.advisor-co1Badino Junior, Alberto Colli
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6244428434217018por
dc.description.resumoEm busca de minimizar os efeitos da inibição pelo etanol, aumentar a produtividade do processo e melhorar a eficiência energética e ambiental, a remoção de etanol por arraste gasoso com CO2 durante a fermentação alcoólica é uma estratégia que tem sido estudada. No entanto, há poucos trabalhos na literatura sobre como recuperar o etanol removido de forma eficiente. Na presente tese desenvolveu-se um processo integrado de produção de etanol por fermentação extrativa com stripping de CO2 e recuperação do etanol arrastado por associação dos processos de adsorção e absorção. Inicialmente, metodologia analítica baseada na combinação da espectroscopia de infravermelho médio por transformada de Fourier (FT-MIR) com o método de regressão multivariada dos mínimos quadrados parciais (PLS) foi implementada para o monitoramento da fase gasosa arrastada contendo água e etanol. Posteriormente, avaliou-se a capacidade adsortiva das zeólitas 3A (Z1, Z2 e Z3) e do sagu de mandioca para os componentes água e etanol em coluna empacotada operada em fluxo ascendente a fim de selecionar o adsorvente mais adequado para desidratação da corrente gasosa proveniente do stripping. Na sequência, avaliou-se diferentes associações dos processos de adsorção e absorção em sequência à etapa de remoção de etanol por stripping de soluções hidroalcoólicas e fermentação extrativa em batelada. Fermentações extrativas em modo batelada alimentada utilizando diferentes concentrações de substrato na corrente de alimentação foram realizadas na melhor configuração avaliada para recuperação do etanol arrastado. No que se refere a adsorção, a zeólita 3A (Z3) se destacou por adsorver toda a água da corrente gasosa da corrente de stripping por período de tempo mais longo (10 h), possuir a maior afinidade pela água (0,1231 gW.gAdsorvente-1), e menor afinidade pelo etanol entre as zeólitas avaliadas. O adsorvente sagu, apesar de apresentar menor tempo de ruptura e menor afinidade pela água, foi o único adsorvente que não interagiu com o etanol. A associação dos processos de adsorção, em coluna de leito fixo preenchida com zeólita 3A (Z3), e subsequente absorção, utilizando absorvedores conectados em série e utilizando monoetilenoglicol (MEG), foi a melhor combinação dentre as configurações estudadas. Essa configuração proporcionou a maior recuperação global de etanol (96,3% para soluções hidroalcoólicas e 100% para fermentações extrativas em batelada) e considerável desidratação da corrente gasosa (100% para soluções hidroalcoólicas e 91% para fermentações extrativas em batelada). O processo integrado de fermentação extrativa com vazão específica de gás de arraste de 2,0 vvm a 35 ºC em batelada alimentada e recuperação por adsorção e absorção permitiu a conversão de 240 g L-1 de substrato em etanol (117,6 g L-1 ou 14,9 °GL). Esse valor foi 47% maior que o valor obtido na fermentação convencional em batelada alimentada (em condição similar à industrial). A combinação do processo de adsorção e subsequente absorção mostrou-se uma excelente estratégia tanto para desidratação da corrente gasosa de fermentação realizada com concentração de substrato similar à utilizada em instalações industriais (100%) e fermentações extrativas com alta carga de substrato (99,4%) quanto para recuperação de etanol. O processo integrado de fermentação em batelada alimentada, arraste gasoso e recuperação de etanol proposto mostrou-se promissor aos processos convencionais, uma vez que pode ser alimentado maior quantidade de substrato com constante remoção de etanol influenciando diretamente no aumento da produtividade de etanol. Além do mais, a combinação dos processos de adsorção e absorção promoveu a recuperação de todo o etanol arrastado, o que impacta diretamente em aumentos globais da capacidade produtiva industrial.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.sponsorshipIdProcesso nº 001, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.description.sponsorshipIdProcesso nº 2018/11405-5, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.description.sponsorshipIdProcesso nº 309728/2021-5, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.description.sponsorshipIdProcesso nº 141300/2019-1, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.description.sponsorshipIdProcesso nº 305919/2021-0, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/2043076748498996por


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