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dc.contributor.authorGomes, Brenda Campos
dc.date.accessioned2020-05-22T00:59:18Z
dc.date.available2020-05-22T00:59:18Z
dc.date.issued2020-02-18
dc.identifier.citationGOMES, Brenda Campos. Análise térmica da fermentação alcoólica convencional e extrativa com arraste por dióxido de carbono. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2020. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12746.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12746
dc.description.abstractExtractive fed-batch ethanol fermentation using carbon dioxide (CO2) as striping gas has several advantages compared to the conventional fermentation, such as: reducing the effect of ethanol inhibition, allowing to use more concentrated musts, and reducing the consumption of cooling water to maintain the reactor operating temperature. In this work, different scenarios of the conventional and extractive ethanol fermentation with CO2 stripping operated in fed-batch mode were evaluated to propose improvements in the first-generation ethanol industrial production process. The mathematical models of conventional and extractive fermentation were developed based on mass and energy balances. Experimental data from bench-scale assays were used to adjust the mathematical models. Fifteen case studies were defined and simulated in the Matlab® software for 10L volume reactor based on two criteria: (1) conversion of at least 98% of substrate, and (2) minimum cooling water consumption. It was performed 227 simulation to meet the first criterion and 52 simulations to meet the second one. Comparing extractive fermentation with conventional fermentation for the total substrate concentration fed in the reactor (180 g.L-1) the cooling water consumption was reduced up to 75.6% for the CO2 flow rate of 0.4 vvm. The required CO2 flow rate was lower than that used in the literature for substrate concentrations fed into the reactor below 280 g.L-1 for the 5h feed time. The mathematical models of conventional and extractive fermentation using carbon dioxide (CO2) as striping gas were satisfactorily validated from experiments without a thermostatic bath in 2 L volume reactor. For the conventional fermentation experiment, there was an increase in temperature of the fermentation medium. In the extractive fermentation experiment, it was observed a decreasing on temperature of the fermentation medium due to ethanol removing by CO2. The results indicate that extractive fermentation has a high technical potential for industrial application, since it can contribute to the reduction of vinasse volume and steam consumption by obtaining a more concentrated wine, besides reducing the cooling water consumption and maintaining the operation temperature in the reactor. However, further studies are necessary to verify the economic feasibility of the simulated scenarios.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.subjectModelagem e simulaçãopor
dc.subjectConsumo de água de resfriamentopor
dc.subjectBatelada alimentadapor
dc.subjectModeling and simulationeng
dc.subjectCooling water consumptioneng
dc.subjectFed-batcheng
dc.titleAnálise térmica da fermentação alcoólica convencional e extrativa com arraste por dióxido de carbonopor
dc.title.alternativeThermal analysis of conventional and extractive alcoholic fermentation with carbon dioxide strippingeng
dc.typeDissertaçãopor
dc.contributor.advisor1Cruz, Antonio José Gonçalves da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1812806190521028por
dc.contributor.advisor-co1Badino Júnior, Alberto Colli
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6244428434217018por
dc.description.resumoA fermentação extrativa com arraste de etanol por dióxido de carbono (CO2) apresenta diversas vantagens com relação à fermentação convencional como: a redução do efeito da inibição do etanol, a possibilidade de utilizar mostos mais concentrados e o menor consumo de água de resfriamento para a manutenção da temperatura de operação da dorna. Neste trabalho, foram avaliados diferentes cenários da etapa de fermentação convencional e extrativa com arraste de etanol por CO2 operada em batelada alimentada a partir de dados experimentais em escala de bancada com vistas a propor melhorias no processo industrial de produção de etanol de primeira geração. Os modelos matemáticos da fermentação convencional e da fermentação extrativa foram desenvolvidos a partir dos balanços de massa e energia. Foram definidos e simulados 15 estudos de caso no software Matlab® para um reator com volume de 10 L com base em dois critérios: (1) a conversão de pelo menos 98% do substrato e (2) o consumo mínimo de água de resfriamento. No total foram realizadas 227 simulações para atender o critério 1 e 52 simulações para atender ao critério 2. Comparando a fermentação extrativa com a convencional para a concentração total de substrato alimentado à dorna de 180 g.L-1, o consumo da água de resfriamento foi reduzido em até 75,6% para a vazão de CO2 de 0,4 vvm. A vazão de alimentação de CO2 requerida foi sempre menor que a utilizada na literatura para as concentrações totais de substrato alimentado à dorna inferiores a 280 g.L-1 para o tempo de alimentação de 5h (menor que 2,5 vvm). Os modelos matemáticos desenvolvidos para as fermentações convencional e extrativa com arraste de etanol por CO2 foram validados de maneira satisfatória a partir dos experimentos sem banho termostatizado para um reator com volume de 2L. Para o experimento de fermentação convencional ocorreu o aumento da temperatura. No experimento da fermentação extrativa verificou-se o efeito na diminuição da temperatura causado pelo arraste de etanol por CO2. Os resultados indicaram que a fermentação extrativa apresenta elevado potencial técnico para aplicação industrial, pois além de contribuir com a redução do volume de vinhaça e do consumo de vapor pela obtenção de um vinho mais concentrado, pode também reduzir o consumo de água de resfriamento nas dornas e manter a temperatura de operação do reator. Porém, são necessários estudos para verificar a viabilidade econômica dos cenários simulados.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: 130137/2019-7por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/2450752404711741por


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