Submitted by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-06-30T17:34:35Z No. of bitstreams: 1 DIS_HELENA_DE_SOUZA_PETERSEN_COMPLETO.pdf: 655908 bytes, checksum: 7c6cf0da861a822fa2beba34ea724e4b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-30T17:34:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIS_HELENA_DE_SOUZA_PETERSEN_COMPLETO.pdf: 655908 bytes, checksum: 7c6cf0da861a822fa2beba34ea724e4b (MD5) Previous issue date: 2017-03-27 / The supercritical extraction emerged at the last decades as a green technology and as an alternative process to produce natural products and food. The process of supercritical extraction, using CO2 as a solvent, has been extensively studied, but there are fewer works about scale-up. Therefore, this work proposes to study the industrial supercritical fluid extraction of caffeine from yerba mate to produce decaffeinated yerba mate, an innovative product in the market, and caffeine, a product that has equal or even more value in the market than the main product. Design basis of this work are the experimental results of supercritical extraction in pilot scale and the appliance of a scale-up method based on the maintenance of the solvent mass flow and the raw-material mass flow proportion. Thus, process data sheet of main equipment were generated: extraction vessel, heat exchanger and high pressure pump. The maximum daily caffeine extraction capacity was estimated at two tons and the solvent mass flow rate of 22 t/h was obtained from the equation residence time of the solvent, maintaining constant the porosity of the 0.79 bed obtained in scale pilot. In addition, a process flow diagram was proposed for an industrial scale plant supercritical extraction of caffeine from yerba mate. / A extra??o supercr?tica emergiu nas ?ltimas d?cadas como uma tecnologia verde promissora e uma alternativa para o processamento de alimentos e produtos naturais. O processo de extra??o supercr?tica, utilizando CO2 como solvente, vem sendo extensivamente estudado, mas poucos ainda s?o os trabalhos que visam o escalonamento do processo. Logo, este trabalho prop?e estudar o processo industrial de extra??o supercr?tica de cafe?na a partir da erva-mate, que tem como meta produzir erva-mate descafe?nada, produto inovador no mercado, e cafe?na, um subproduto t?o ou mais valorizado que o produto principal. A base de c?lculo s?o os experimentos realizados em escala piloto e a utiliza??o de m?todo de aumento de escala que prop?e a manuten??o de propor??o de massa de solvente e massa de mat?ria-prima. Sendo assim, foram geradas folhas de dados de processo para os principais equipamentos: vaso extrator, trocadores de calor e bomba de alta press?o. A capacidade di?ria m?xima de extra??o de cafe?na foi prevista em duas toneladas e a vaz?o m?ssica de solvente de 22 toneladas/hora foi obtida a partir do equacionamento de tempo de resid?ncia do solvente, mantendo constante a porosidade do leito de 0,79 obtida em escala piloto. Al?m disto, foi proposto um fluxograma para uma planta em escala industrial de extra??o supercr?tica da cafe?na a partir da erva mate.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:37:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5301.pdf: 3977352 bytes, checksum: a5197c3714bbf9d62d9c0e39af34be89 (MD5) Previous issue date: 2013-05-29 / Jasmonic acid is a plant hormone that helps in the partition of nitrogen and acts mainly in defense against pathogens. It was first isolated in 1962 from the essential oil of Jasminum grandiflorum, but we know that it can be found in more than two hundred species of plants, including ferns, mosses and fungi. Jasmonic acid is formed biosynthetically from linolenic acid and is obtained by enzymatic steps including cyclization and reduction. It has a cyclopentanone structure with has two stereogenic centers, that gives four possible stereoisomers in the R or S absolute configuration. Natural ocurring (2R, 3R)-jasmonic acid is shown in the figure below. In the literature there is some racemic and enantioselective synthetic routes to obtain jasmonic acid and its methyl ester, characterized for having different steps, starting from chiral precursors of relevant cost and a wide range of yields. The objective of this work is the exploration of a racemic synthesis route that is summed up in a few steps aiming high yields, envisaging application in industrial scale, that encompass social trends to develop sustainable culture plantations, with reduced use of pesticides. / O ácido jasmônico é um hormônio de origem vegetal que auxilia na partição de nitrogênio e age principalmente na defesa contra patógenos. Foi isolado pela primeira vez em 1962 do óleo essencial de Jasminum Grandiflorum, mas já se sabe que pode ser encontrado em mais de duzentas espécies de vegetais, incluindo samambaias fungos e musgos. O ácido jasmônico forma-se biossinteticamente a partir do ácido linolênico e é obtido através de etapas enzimáticas, incluindo ciclização e redução. A sua estrutura básica é caracterizada por uma ciclopentanona, apresenta dois centros estereogênicos, onde geram quatro possíveis estereoisômeros na configuração absoluta R ou S, a estrutura natural encontrada é a (2R, 3R)-ácido jasmônico, como mostra a figura abaixo. Na literatura são encontradas algumas rotas de síntese enantiosseletivas e racêmicas, para a obtenção do ácido jasmônico e seu éster metílico, sendo caracterizadas por serem feitas em diversas etapas, partindo de precursores quirais ou de custo relevante e com rendimentos variados. O objetivo deste trabalho é a exploração de uma rota de síntese racêmica, que se resume em poucas etapas, visando rendimentos elevados em escala industrial. Existe uma forte pressão da sociedade para o desenvolvimento de meios de cultura sustentáveis e diminuição do uso de pesticidas e agrotóxicos na lavoura. Portando, devido ao alto preço deste produto no mercado, a falta de um produtor nacional e o crescente uso do ácido jasmônico nas diversas áreas do conhecimento, principalmente na agricultura, desperta-se o interesse pela produção deste composto.

A tese de doutorado tem como foco o desenvolvimento de nanopartículas superparamagnéticas (Fe3O4 - magnetita) hidrofílicas e lipofílicas aplicadas à nanotecnologia do petróleo. Inicialmente, os objetivos foram voltados para a elaboração e transferência de tecnologia envolvendo uma rota de síntese de nanopartículas lipofílicas, em escala semi-industrial. Para isso, foram realizados ensaios piloto num reator com capacidade de uma tonelada, visando a produção de nanopartículas magnéticas recobertas com ácido esteárico. Mais tarde, esse trabalho foi otimizado, permitindo sua execução em laboratório, prosseguindo depois, com um escopo mais amplo, incluindo a síntese de nanopartículas recobertas com polímero hidrofílico. Nesse sentido, foram desenvolvidas duas rotas inéditas para produção desses nanomateriais. Em um segundo estágio, as investigações foram voltadas para a utilização das nanopartículas sintetizadas, em estudos de avaliação das condições dos reservatórios de petróleo. Para isso, a técnica de ressonância magnética nuclear (RMN) foi explorada, monitorando o efeito da concentração dessas nanopartículas superparamagnéticas sobre o tempo de relaxação dos prótons, e o consequente efeito de contraste nas imagens em função da magnetização. A aplicação desse tipo de ferramenta (RMN) já vem sendo feita (sem nanopartículas magnéticas) pelas empresas prestadoras de serviço ao setor de petróleo e gás, na avaliação e perfilagem de reservatórios. Isso motivou o estudo dos nanomateriais magnéticos como sondas para melhorar o mapeamento de fluidos em meio poroso. Eles seriam aplicados como aditivos em fluidos de injeção em reservatórios, tanto para imageamento, como para a obtenção de parâmetros petrofísicos. Por fim, devido à presença de grupos carboxílicos na superfície das nanopartículas hidrofílicas, foram investigadas suas interações com microcristais de carbonato de cálcio, pensando no modelo de reservatório petrolífero do tipo carbonáceo. Explorando técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de microscopia Raman confocal, a presença das nanopartículas magnéticas sobre a superfície da matriz mineral foi constatada, confirmando sua interação efetiva com o CaCO3. Abordando a síntese, caracterização e aplicações das nanopartículas superparamagnéticas, esta tese proporciona uma base para estudos de aplicação de nanomateriais, assunto cada vez mais relevante, diante dos inúmeros problemas e desafios enfrentados pelo setor de petróleo e gás. / The Ph.D thesis is focused on the preparation of hydrophilic and lipophilic superparamagnetic nanoparticles (Fe3O4 - magnetite) for application in oil nanotechnology. The initial efforts have been directed to the upscaling of a laboratory route of synthesis of lipophilic nanoparticles, aiming technology transfer to the industry. Accordingly, a pilot process, involving a one ton reactor, has been tested for the production of magnetic nanoparticles coated with stearic acid. After this, the research has evolved, allowing the production in the laboratory scale, and continued, pursuing the development of nanoparticles coated with a hydrophilic polymer. Two new routes for the production of these nanomaterials have been developed. In a second step, the investigations were directed to the application of these nanoparticles to the evaluation of oil reservoirs, by monitoring the proton relaxation times, using nuclear magnetic resonance (NMR), and the consequent contrasting effects observed on the images, as a function of the magnetization and the concentration of these particles. Currently, NMR tools are being employed in the oil and gas sector for the evaluation and profiling of reservoirs. This fact has stimulated the use of such nanomaterials for improving the mapping of the fluids in porous media. Introduced as additives for fluid injection into reservoirs, they can enhance the imaging and also perform the rating of petrophysical parameters. Finally, the presence of carboxylic groups on the surface of the hydrophilic nanoparticles has been explored in studies of interaction with calcium carbonate, simulating a carbonaceous type reservoir. Based on electron microscopy (SEM) and confocal Raman microscopy, the presence of magnetic nanoparticles on the surface of the mineral matrix has confirmed the interaction of these particles with the CaCO3 surface. By developing the synthesis, characterization and application of superparamagnetic nanoparticles, this work provides a useful starting point for further research on the use nanoparticles, for solving problems and challenges in the oil and gas sector.

A tese de doutorado tem como foco o desenvolvimento de nanopartículas superparamagnéticas (Fe3O4 - magnetita) hidrofílicas e lipofílicas aplicadas à nanotecnologia do petróleo. Inicialmente, os objetivos foram voltados para a elaboração e transferência de tecnologia envolvendo uma rota de síntese de nanopartículas lipofílicas, em escala semi-industrial. Para isso, foram realizados ensaios piloto num reator com capacidade de uma tonelada, visando a produção de nanopartículas magnéticas recobertas com ácido esteárico. Mais tarde, esse trabalho foi otimizado, permitindo sua execução em laboratório, prosseguindo depois, com um escopo mais amplo, incluindo a síntese de nanopartículas recobertas com polímero hidrofílico. Nesse sentido, foram desenvolvidas duas rotas inéditas para produção desses nanomateriais. Em um segundo estágio, as investigações foram voltadas para a utilização das nanopartículas sintetizadas, em estudos de avaliação das condições dos reservatórios de petróleo. Para isso, a técnica de ressonância magnética nuclear (RMN) foi explorada, monitorando o efeito da concentração dessas nanopartículas superparamagnéticas sobre o tempo de relaxação dos prótons, e o consequente efeito de contraste nas imagens em função da magnetização. A aplicação desse tipo de ferramenta (RMN) já vem sendo feita (sem nanopartículas magnéticas) pelas empresas prestadoras de serviço ao setor de petróleo e gás, na avaliação e perfilagem de reservatórios. Isso motivou o estudo dos nanomateriais magnéticos como sondas para melhorar o mapeamento de fluidos em meio poroso. Eles seriam aplicados como aditivos em fluidos de injeção em reservatórios, tanto para imageamento, como para a obtenção de parâmetros petrofísicos. Por fim, devido à presença de grupos carboxílicos na superfície das nanopartículas hidrofílicas, foram investigadas suas interações com microcristais de carbonato de cálcio, pensando no modelo de reservatório petrolífero do tipo carbonáceo. Explorando técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de microscopia Raman confocal, a presença das nanopartículas magnéticas sobre a superfície da matriz mineral foi constatada, confirmando sua interação efetiva com o CaCO3. Abordando a síntese, caracterização e aplicações das nanopartículas superparamagnéticas, esta tese proporciona uma base para estudos de aplicação de nanomateriais, assunto cada vez mais relevante, diante dos inúmeros problemas e desafios enfrentados pelo setor de petróleo e gás. / The Ph.D thesis is focused on the preparation of hydrophilic and lipophilic superparamagnetic nanoparticles (Fe3O4 - magnetite) for application in oil nanotechnology. The initial efforts have been directed to the upscaling of a laboratory route of synthesis of lipophilic nanoparticles, aiming technology transfer to the industry. Accordingly, a pilot process, involving a one ton reactor, has been tested for the production of magnetic nanoparticles coated with stearic acid. After this, the research has evolved, allowing the production in the laboratory scale, and continued, pursuing the development of nanoparticles coated with a hydrophilic polymer. Two new routes for the production of these nanomaterials have been developed. In a second step, the investigations were directed to the application of these nanoparticles to the evaluation of oil reservoirs, by monitoring the proton relaxation times, using nuclear magnetic resonance (NMR), and the consequent contrasting effects observed on the images, as a function of the magnetization and the concentration of these particles. Currently, NMR tools are being employed in the oil and gas sector for the evaluation and profiling of reservoirs. This fact has stimulated the use of such nanomaterials for improving the mapping of the fluids in porous media. Introduced as additives for fluid injection into reservoirs, they can enhance the imaging and also perform the rating of petrophysical parameters. Finally, the presence of carboxylic groups on the surface of the hydrophilic nanoparticles has been explored in studies of interaction with calcium carbonate, simulating a carbonaceous type reservoir. Based on electron microscopy (SEM) and confocal Raman microscopy, the presence of magnetic nanoparticles on the surface of the mineral matrix has confirmed the interaction of these particles with the CaCO3 surface. By developing the synthesis, characterization and application of superparamagnetic nanoparticles, this work provides a useful starting point for further research on the use nanoparticles, for solving problems and challenges in the oil and gas sector.