Modelagem e simulação das etapas de liquefação, sacarificação e fermentação do processo de produção de etanol de milho: estudos para otimização do processo

dc.contributor.advisor1Cruz, Antonio José Gonçalves da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1812806190521028
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-6830-9512
dc.contributor.authorAzevedo, Paulo Gabriel Ferreira de
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/5454599346752237
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0003-0685-2928
dc.contributor.refereeLima, Alice Medeiros de
dc.contributor.refereeRibeiro, Marcelo Perencin de Arruda
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/0038936541518854
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/0381402687491195
dc.date.accessioned2025-10-08T18:26:13Z
dc.date.issued2025-08-29
dc.description.abstractThe use of corn for first-generation ethanol production has been increasing exponentially in Brazil, making the optimization of this process essential to enhance its competitiveness relative to sugarcane. This study models, simulates, and optimizes the liquefaction (L), saccharification (S), and fermentation (F) stages of corn ethanol production, evaluating four process configurations: (i) sequential L, S, and F (LSF), (ii) simultaneous L and S followed by F (SLSF), (iii) separate L with simultaneous S and F (LSSF), and (iv) simultaneous L, S, and F. Mathematical models based on kinetic parameters and literature data were implemented in Python using Google Colaboratory. Uncertainty propagation in the modeling was analyzed using the Monte Carlo Method (10,000 samples) for ethanol concentrations. A plant operating 330 days per year was simulated to estimate the OPEX, with revenues derived from ethanol, corn oil, and DDGS (Dried Distillers Grains with Solubles). The differential evolution method was employed to maximize the annual net profit. Using initial concentrations reported in the literature, the concentrations of the process components were obtained. The highest uncertainty in final ethanol concentration was 7.45%, observed in the SLSF scenario. In terms of optimization, the SSF scenario resulted in the lowest final ethanol concentration (115 g·L⁻¹), the lowest initial starch concentration (239 g·L⁻¹), and the lowest annual net profit (R$ 27 million). Corn accounted for the highest share of the total product cost averaging 73%. DDGS contributed approximately 31% of the total revenue across all scenarios. The sensitivity analysis indicated that variations in the prices of ethanol, corn, and DDGS were the factors that had the greatest impact on the economic indicators of the simulation, with particular emphasis on the SSF scenario, which showed an approximate 600% variation in its annual net balance. Finally, the LSF scenario presented better economic results.eng
dc.description.resumoO uso do milho para produção de etanol de primeira geração tem crescido exponencialmente no Brasil, tornando essencial a otimização desse processo para aumentar sua competitividade em relação à cana-de-açúcar. Este estudo modela, simula e otimiza as etapas de liquefação (L), sacarificação (S) e fermentação (F) da produção de etanol de milho, avaliando quatro cenários: (i) L, S e F sequenciais (LSF), (ii) L e S simultâneos seguidos de F (SLSF), (iii) L separado e, S e F simultâneos (LSSF) e (iv) L, S e F simultâneos. Modelos matemáticos baseados em parâmetros cinéticos e dados da literatura foram implementados em Python, utilizando o Google Colaboratory. A propagação da incerteza da modelagem foi analisada pelo Método de Monte Carlo (10 mil amostras) para as concentrações de etanol. Uma usina operando por 330 dias/ano foi simulada para estimativa das despesas operacionais (OPEX), com receitas provenientes de etanol, óleo de milho e DDGS (grãos secos destilados com solúveis). O método de diferencial evolutivo foi empregado para maximização do saldo anual. Usando as concentrações iniciais da literatura, foram obtidas as concentrações dos componentes. A maior incerteza da concentração final de etanol foi de 7,45% no cenário SLSF. No âmbito da otimização, o cenário SSF apresentou a menor concentração final de etanol (115 g·L−1), mas a menor concentração inicial de amido (239 g·L−1), e o menor saldo anual (R$ 27 milhões). O milho representou o maior custo do processo (média de 73% do custo total). O DDGS contribuiu com cerca de 31% da receita total em todos os cenários. A análise de sensibilidade indicou que a variação dos preços do etanol, do milho e do DDGS foram as variáveis que mais impactaram os indicadores econômicos da simulação, com destaque para o cenário SSF, com variação de aproximadamente 600% do seu saldo anual. Por fim, o cenário LSF apresentou melhores resultados econômicos.por
dc.description.sponsorshipOutra
dc.description.sponsorshipFinanciadora de Estudos e Projetos (FINEP)
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
dc.identifier.citationAZEVEDO, Paulo Gabriel Ferreira de. Modelagem e simulação das etapas de liquefação, sacarificação e fermentação do processo de produção de etanol de milho: estudos para otimização do processo. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22886.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22886
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCâmpus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
dc.rightsAttribution-ShareAlike 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/
dc.subjectEtanolpor
dc.subjectMilhopor
dc.subjectModelagempor
dc.subjectOtimizaçãopor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
dc.subject.ods7. Energia limpa e acessível
dc.titleModelagem e simulação das etapas de liquefação, sacarificação e fermentação do processo de produção de etanol de milho: estudos para otimização do processopor
dc.title.alternativeModeling and simulation of the liquefaction, saccharification, and fermentation stages in the corn ethanol production process: studies for process optimizationeng
dc.typeDissertação

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