Orientador: Meuris Gurgel Carlos da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T21:16:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kleinubing_SirleiJaiana_M.pdf: 1126683 bytes, checksum: 553f8d655916b1ac3c43231a2e0bbc05 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho foi estudada a remoção do íon cádmio, chumbo e cobre pela zeólita natural Clinoptilolita. Este estudo foi realizado em coluna de leito fixo construído em acnlico nas dimensões de 13,3 em de altura e 1,4 em de diâmetro interno. O estudo de pH foi feito visando a determinação dos valores no qual não ocorre à precipitação dos metais, sendo adotado o pH de 5,0. Utilizou-se a técnica de planejamento experimental 22 com 3 pontos centrais para o estudo do processo de adsorção de cada metal individualmente, avaliando as variáveis, vazão de operação e concentração de alimentação na resposta capacidade total de metal removida. Foram efetuados vários planejamentos experimentais, o planejamento 1 foi realizado para o cádmio, nas condições de concentração de 200 e 600 ppm e vazão de 10 e 50mL/min, no entanto os resultados não foram satisfatórios. Definiu-se então o planejamento experimental 2, nas condições de 400 e 600 ppm e 15 e 25 rnL/min, para cádmio, chumbo e cobre, encontrando-se a variável concentração como sendo a mais significativa e maior quantidade de metal é removido em maior concentração. Fez-se análise da zona de transferência de massa (ZTM) para o processo de adsorção de chumbo, mantendo a concentração constante e variando a vazão de operação, a vazão com menor valor de ZTM foi de 20mL/rnin. Os dados de equihõrio foram correlacionados utilizando isoterma de Langmuir, encontrou-se para o chumbo: qmax = 200,54 mg de chumbo/g de zeólita, b= 0,00223 mgIL; para o cádmio: qmax = 84 mg de cádmio/g de zeólita, b= 0,0022 mgIL e para o cobre qmax = 70,44 mg de cobre/g de zeólita, b= 0,0021 rng/L. O modelo matemático utilizado para o ajuste dos resultados experimentais foi proposto por Silva, 2001. Para o cádmio, chumbo e cobre, foram realizadas simulações onde os parâmetros de equilíbrio foram obtidos de forma dinâmica e com os dados obtidos por Zambon (2003), obtidos em batelada, para o chumbo. Os resultados das simulações foram satisfatórios para sistema dinâmico com todos os metais. Para o chumbo foi feita também simulações para os dados de equiliDrio obtidos em sistema batelada, no entanto não foram satisfatórias. A transferência de massa no sólido (K) foi influenciada pela concentração inicial de todos os metais nas faixas estudadas. Os ensaios de mistura foram realizados na vazão de 15mL/min e na concentração total de 600 ppm (frações de 1/3 e 2/3). Estes dados foram analisados de duas formas, inicialmente foi avaliado o efeito sinérgico entre os metais e em seguida foi feito um Planejamento Centróide Simplex. Através da análise do efeito sinérgico observou-se que quando o chumbo está influenciando a remoção dos demais metais ocorre uma queda na quantidade de remoção destes metais maior que 60%, enquanto a presença dos outros metais na remoção de cbumbo acarreta uma redução de no máximo 25,24%. O planejamento Centróide Simplex mostrou que a composição de chumbo é a variável mais significativa, maior quantidade total de remoção ocorre em maiores concentrações de chumbo. A variável composição de cádmio e cobre também apresentam um efeito significativo e positivo, assim como a mistura dos três metais, as misturas dois a dois de Cd+Cu e Cd+Pb exercem um efeito significativo e negativo na capacidade de remoção / Abstract: The removal of cadmium., lead and copper using natural zeolite Clinoptilolite was studied in a 13,3 em height and 1,4 em internal diameter fixed bed column. A prelirninary pH study was developed in order to detenninate the range in which ionic metal precipitation does not occur and pH 5 was found to be the adequate value for this purpose. A factorial design 22 with 3 center points was established in order to study the adsorption process of each metal individuaIly with what concerns the influence of the operation flow rate and feed concentration over the total metal removal capacity. The experimental design 1 was conducted to study cadmium removal. The lower values of flow rate and concentration factors were 10 mL/min and 200 ppm whereas the high values were 50 mL/min and 600 ppm respectively. The results were not satisfactOIyand a new design was set. The new experimental design 2 set lower factors to 15 mL/min and 400 ppm and higher values to 25mL/min and 600 ppm for cadnúum, lead and copper removal analysis. Concentration was found to be the most significant factor in the metais removal whilst higher concentrations result in bigher metal removal. The mass transfer zone (MTZ) was analyzed for the lead adsorption process, keeping the concentration constant and varying the flow rate. The lowest MTZ value was obtained with a flow rate of 20mL/min. The equilibrium data were correlated using Langmuir' s isotherm model. The constants obtained were for lead removal: qmax = 200,54 mg of Leadlg of zeolite, b= 0,00223 mg/L; for cadmium removal: qmax = 84 mg of cadmium/g of zeolite, b= 0,0022 mg/L and for copper removal: qmax = 70,44 mg of copper/g of zeolite, b= 0,0021 mg/L. The model used to adjust the experimental results was proposed by Silva, 2001. Simulations were made on cadmium, lead and copper removal breakthrough curves. The equilibrium parameters used were based on experimental data obtained for the dynamic adsorption process of cadmium, lead and copper ofthe present work as well as Zambon's (2003) bateh lead adsorption. The simulation results involving the dynamic parameter data were satisfactory for ali the metais studied. In the case of lead simulations were also done based on the batch parameters and the results were not satisfactory. The mass transfer in the solid (K) was inHuenced by the initial concentration of all the metais in the studied range. The mixture tests were done using 15ml/min flow rate and a total metal concentration of 600ppm (113 and 2/3 ftactions). These data were ana1yzed in two distinct ways: first the metais synergic effects were evaluated, then a simplex-centroid design was developed. Through the analyzes of the synergic effects it was possible to notice that when the lead is present in the mixture with the other metais there is a great drop in their removal quantity up to more than 60%. The presence of the other metais in lead removal results in a removal capacity reduction of in to maximum of 25.24%. The simplex-centroid design indicated the lead is the most significant component in the mixture for total metal removal, the greater the lead concentration the greater the total meta! capacity removal is achieved. Cadmium and copper compositions also showed a significant positive effect over as well as the mixture of the three metais. The mixture of two metais of Cd+Cu and Cd+Pb on the other hand have a negative effect over the capacity removal / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-07T02:51:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kuhn_RaquelCristine_M.pdf: 869149 bytes, checksum: 29e524283c358cff48f2049cd6406f50 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Os frutooligossacarídeos (FOS) são considerados ingredientes naturais de alimentos devido aos efeitos benéficos na proliferação de bifidobactérias no cólon humano, sendo classificados como prebióticos. Estudos recentes demonstram que a separação cromatográfica de monossacarídeos e misturas de dissacarídeos pode melhorar através da utilização de zeólitas Y, sendo também promissoras na separação de oligossacarídeos. Neste estudo, colunas com zeólitas foram utilizadas na separação de oligossacarídeos. A enzima produtora dos frutooligossacarídeos foi isolada de Rhodotorula sp., produzindo seletivamente GF2 (kestose), GF3 (nistose) e GF4 (frutofuranosilnistose). O rendimento de frutooligossacarídeos produzidos foi de 52% quando foi utilizada sacarose 50% como substrato. A separação dos frutooligossacarídeos foi realizada através de coluna empacotada com zeólitas Y trocadas com íons Ba2+. A eficiência de separação foi utilizada como critério para caracterizar a separação. Efeitos de temperatura (400C a 500C), quantidade de amostra injetada (1 a 3 mL), vazão (0,08 a 0,12 mL.min-1) e composição do desorvente (etanol 40 a 60%) foram analisados, através de um planejamento experimental fracionário, onde a vazão se mostrou significativa. O estudo de separação dos açúcares demonstrou que a condição mais favorável para a separação foi com duas colunas em série com etanol 60% como desorvente, temperatura de 500C, vazão de 0,08 mL.min-1 e quantidade de amostra injetada de 1 mL. Os valores de eficiência de separação foram de 0,60 para oligossacarídeos e glicose, 1,00 para oligossacarídeos e frutose, 0,22 para oligossacarídeos e sacarose, 0,43 para glicose e frutose, 0,82 para glicose e sacarose e 1,23 para frutose e sacarose / Abstract: Fructooligosaccharides (FOS) are nowadays considered natural food ingredients because of their beneficial effects in proliferating bifidobactéria in human colon; FOS are classified as prebiotics. Some recent studies show that the chromatographic separation of monosaccharides and a mixture of the disaccharides can be improved by using Y-zeolites, being promising in the separation of oligosaccharides. In this study, a column packed with zeolite was used to study the separation of oligosaccharides. The enzyme, which produces FOS from sucrose, was isolated from Rhodotorula sp., produced selectively GF2 (kestose), GF3 (nystose) and GF4 (frutofuranosyl nystose). The final yield of FOS was 52% when 50% sucrose was used as substrate. For the separation of fructooligosaccharides was used column packed with Ba2+ - exchanged Y zeolites. Efficiency of separation was used as a criterion to characterize the effectiveness of the separation. Effects of temperature (400C a 500C), amount of mixture injection (1 a 3 mL), flow rate (0,08 a 0,12 mL.min-1) and desorbent composition (ethanol 40 a 60%) were investigated, the according to a fractionary fatorial design; the flow rate was a significant factor under the response of efficiency of separation. The study of separation of sugars showed that the most favorable conditions for this separation were with utilization of two columns in series with ethanol 60% as desorbent, temperature of 500C, flow rate of 0,08mL.min-1 and amount of mixture injection of 1 mL. The values for the separation efficiency were 0,60 for oligosaccharides-glucose, 1,00 for oligosaccharides-fructose, 0,22 for oligosaccharides-sucrose, 0,43 for glucose-fructose, 0,82 for glucose-sucrose and 1,23 for fructose-sucrose / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Telma Teixeira Franco, Aparecido dos Reis Coutinho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T03:24:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlbuquerqueJunior_EdenCavalcantide_D.pdf: 5506754 bytes, checksum: 149084e24491605061535d97418d544f (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: As microcistinas, hepatotoxinas, são os principais agentes tóxicos produzidos pelas cianobactérias. Essas toxinas vêm despertando atenções em razão do aumento do número de registros de florações tóxicas de cianobactérias em reservatórios destinados ao abastecimento público; da descoberta de novas toxinas e dos riscos associados a elas e do aumento de intoxicação aguda e crônica, tanto em animais como em seres humanos. A eficiência na remoção destas toxinas de água por carvão ativado depende de algumas características físico-químicas deste adsorvente, além da matéria-prima utilizada na sua obtenção. Neste trabalho, materiais como casca de macadâmia, endocarpo do coco seco e mesocarpo do coco verde da baía, bagaço de cana-de-açúcar e resíduo de madeira de pinus foram selecionados para obtenção de carvões ativados com potencial aplicação na remoção de microcistina de água potável. Os carvões ativados obtidos da madeira de pinus e bagaço de cana-de-açúcar apresentaram melhores estruturas porosas com ASEBET e Vmesoporos de 1586 e 1222 m2/g e 0,39 e 1,05 cm3/g, respectivamente. A partir de uma investigação da cinética e equilíbrio de adsorção da [D-Leucinal]MCYST-LR por estes dois carvões ativados pulverizados foi possível estimar uma remoção desta toxina acima de 98% em 10 minutos de contato, além de ter sido observada adsorção em monocamada desta toxina, com qm e KL de 161 e 200 J.lg/mg e 1,23 e 2,33 L/mg, respectivamente, estimados a partir do modelo linearizado de Langmuir. A adsorção daquela toxina em processo contínuo foi estudada em leitos fixos dos carvões ativados do endocarpo do coco seco e bagaço de canade-açúcar juntamente com dois carvões ativados amostrados de estações de tratamento de água de dois centros de hemodiálise brasileiros. Após a exaustão de cada leito, o que aconteceu entre 132 e 320 min, foi observado adsorção daquela toxina entre 0,05 J.lg/mg e 5,43 J.lg/mg. / Abstract: Microcystins, hepatotoxins, are the main toxic agents produced by cyanobacteria. A sharp increase in the number of cyanobacteria toxic blooms in drinking water reservoirs, the discovery of news variants of microcystins and the risks associated with them, and the increase of acute and chronic poisoning in animaIs and humans, has drew public attention to cyanobacteria toxins. The removal efficient of these toxins from water by activated carbon depends on physical chemical characteristics of this adsorbent and on the starting material used to prepare the activated carbono ln this work, macadamia nut shell, coconut shell, unripe coconut mesocarp, sugar cane bagasse and pinus wood waste were used to prepare activated carbon with potential application for removing microcystins. The activated carbons from pinus wood and sugar cane bagasse had the porous structures with highest Surface area and volume of mesopore of 1586 and 1222 m2/g and 0.39 and 1.05 cm3/g, respectively. These activated carbons were used to remove [D-LeucineJ]MCYSTLR from water. After 10 minutes of contact time, more than 98%of toxin was removed 19y the activated carbons. The microcystin adsorption monolayer, qm, in the activated carbons recovered 200 and 161 flg/mg, with the Langmuir adsorption constant, KL, of 2.33 and 1.23L/mg. Adsorption of [D-LeucineJ]MCYST-LR in continuos process was studied for a fixed-bed activated carbon prepared from coconut shell and sugar cane bagasse and for t~o comercial activated carbons samples from treatment water plants of two Brazilian hemodialysis centers. Saturation of the beds occurred after 132 to 320 min, and the adsorption capacity for that toxin varied from 0.05 flg/mg to 5.43 flg/mg. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caroline Ribeiro.pdf: 1866892 bytes, checksum: e531dc26b15b11d89edb4f77ee826666 (MD5) Previous issue date: 2014-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Textile industries remarkably present high consumption of water and elevated generation of wastewater. In most cases, these effluents are contaminated with a large amount of dyes, requiring previous treatment to disposal in the receiving bodies of water like rivers and lakes, or prior to its reutilization in the industry. The aim of this study was to evaluate the adsorption potential of tilapia (Oreochromis niloticus) scales of the reactive blue 5G dye and characterize this potential sorbent material, since it is an abundant waste of fish slaughterhouses of the western region of Paraná. For this purpose, characterization of the scale were carried out by OM, SEM, EDS, N2 physisorption, XRD, pHZPC, FTIR and FT-Raman. Experiments were performed in closed batch system to examine the effect of the particle diameter (6, 16, 32, 100, 150, 325 mesh and base), the adsorbent mass (0.1, 0.2 and 0.3 g), initial pH of the dye solution (2.0, 7.5 and 10.0) and the chemical pretreatment at the scales adsorption capacity. Finally, equilibrium assays were performed at the optimum conditions obtained. Further experiments were performed at fixed bed continuous system, the breakthrough curves were carried at different particle diameters (12, 16, 32 mesh and granulometric mixture) and under different pH values of the feed solution (2.0, 5.5, 7.5 and 10). Furthermore, the influence of treatment chemical adsorption was also studied. Moreover, the amount of dissolved organic carbon was measured during the adsorption process to examine the possibility of lixiviation. The material characterization indicated low incidence of pores on the scale surface, and the presence of chemical groups characteristic of collagen and hydroxyapatite. PHZPC analysis demonstrated that the point of zero charge of the scale was 7.64. At the both batch and column adsorption process higher values of adsorption capacity was reached by using the particle sizes 6, 16 and 32 mesh, at initial pH 2.0. The chemical treatment did not present any influence at the adsorbent adsorption capacity. Langmuir and Radke-Prausnitz isotherms best represented the equilibrium data of batch process. For the fixed bed process assays, the largest adsorption capacity was achieved by using the granulometric mixture of scales, at pH 2.0, at these conditions the highest adsorption capacity reached was q = 394.8 mg g-1, achieving a breakthrough time of tb = 20.5 h at the feed concentration of 75 mg L-1. The dissolved organic carbon amount increased during the experiment due to the dye solution concentration rise. Considering the high removal levels and the low cost of the material, tilapia scale present a potential use as alternative adsorbent. / As indústrias têxteis se caracterizam pelo alto consumo de água e a geração de elevados volumes de águas residuárias, as quais estão contaminadas com corantes e necessitam de tratamento antes do descarte nos corpos receptores como rios e lagos. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de adsorção da escama do peixe Oreochromis niloticus (Tilápia) utilizando o corante reativo Azul 5G e caracterizá-la, visto que se trata de um resíduo abundante das indústrias frigoríficas de peixes da região oeste do Paraná. Para tanto, a caracterização da escama foi realizada pelas técnicas de MO, MEV, EDS, Fisissorção de N2, DRX, pHPCZ, FT-IR e FT-Raman. Foram realizados experimentos em sistema fachado e batelada para avaliar o efeito do diâmetro das partículas (6, 16, 32, 100, 150, 325 mesh e fundo), da massa de adsorvente (0,1, 0,2 e 0,3 g), do pHinicial da solução de corante (2, 7,5 e 10) e do pré-tratamento químico na capacidade de adsorção das escamas. Por fim, realizou-se experimentos de equilíbrio nas melhores condições avaliadas. Também foram obtidas as curvas de ruptura em leito fixo sob diferentes granulometrias (12, 16, 32 mesh e mistura granulométrica), diferentes condições de pH da solução de alimentação (2, 5,5, 7,5 e 10) e de concentração da solução de alimentação. Avaliou-se ainda a influência do pré-tratamento químico no adsorvente e a quantidade de carbono orgânico dissolvido durante o processo de adsorção para verificar a ocorrência de lixiviação. A caracterização indicou baixa quantidade de poros na superfície da escama, além de grupamentos químicos característicos de colágeno e hidroxiapatita. A análise de pHPCZ indicou que o ponto de carga zero da escama é 7,64. Em ambos os sistemas a maior capacidade de adsorção foi alcançada nas granulometrias 16 e 32 mesh e pHinicial 2, onde não foi verificada a influência do pré-tratamento químico no processo de adsorção. As isotermas que melhor se ajustaram aos dados de equilíbrio para o sistema fechado e batelada foram a de Langmuir e Radke-Prausnitz. Nos ensaios em leito fixo, a maior capacidade de adsorção foi obtida nas condições de mistura granulométrica das escamas e no pH 2,0, alcançando-se uma capacidade de adsorção de q = 394,8 mg g-1 para a concentração de 75 ppm e com um tempo de ruptura de tb = 20,5h. A carga de carbono orgânico dissolvido aumentou no decorrer do experimento devido ao aumento da concentração da solução de corante, a qual também não foi influenciada pelo pré-tratamento químico. Dado o elevado teor de remoção e o baixo custo do material, verifica-se que a escama de tilápia é um adsorvente alternativo em potencial.

Orientadores: Francisco Maugeri Filho, Maria Isabel Rodrigues / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-21T20:28:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Forte_MarcusBrunoSoares_D.pdf: 4684118 bytes, checksum: 7ad3d65f4a3a6f6e525b286c594a4a22 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A proposta desta tese foi o estudo da adsorção do ácido clavulânico (CA) em hidróxidos duplos lamelares (LDH) e o uso desses adsorventes em colunas de leito fixo na separação entre o CA e aminoácidos. A tese foi desenvolvida em três etapas: na primeira, utilizou-se LDH do tipo hidrotalcitas. Os adsorventes foram avaliados quanto à cinética de adsorção em banho finito. O melhor sistema foi a hidrotalcita com 70 % de magnésio na composição (HT70c) com fração de sólidos (em relação ao volume de líquido) no reator est = 15,0 mg/mL usando água como solvente. O modelo de equilíbrio melhor ajustado foi o linear com os seguintes coeficientes de adsorção: k = 0,404; 0,602; 0,849 e 1,083 L/g para 16,5; 19,0; 21,5 e 24,0°C, respectivamente, evidenciando um aumento da capacidade de adsorção com aumento da temperatura. O sistema foi avaliado termodinamicamente quanto à energia livre de Gibbs (?G°), entalpia (?H°) e entropia (?S°), sendo que os valores calculados foram: ?G° = 2,100; 1,301; 0,503 e -0,295 kJ/mol para 16,5; 19,0; 21,5 e 24,0°C, respectivamente, ?H° = 94,602 kJ/mol e ?S° = 0,319 kJ/mol.K. A segunda etapa foi desenvolvida no Laboratório de Materiais Inorgânicos da Université Blaise Pascal na França, durante Estágio de Doutorado-Sanduíche. LDH com outras composições foram sintetizados, caracterizados e avaliados quanto à adsorção de CA. A difração de raios X indicou a formação de uma estrutura cristalina com uma distância entre as lamelas de aproximadamente 22 Å. Os espectros na região do infravermelho apresentaram sinais característicos da molécula de CA: ligações C=C (720 ¿ 840, 1640 e 1657 cm-1), C-O-C e C-N (1036, 1060 e 1292 cm-1), C-N (1354 cm-1), C-OH (1392 cm-1) e COOH (1551, 1581 cm-1). A análise termogravimétrica indicou a presença de uma molécula interlamelar com peso molecular de aproximadamente 194 g/mol. Essas análises confirmam a presença do CA no espaço interlamelar e, desta forma, a afinidade da molécula de CA pelos sítios dos LDH. A adsorção de CA em diferentes fases de LDH (Zn2Cr-NO3, Zn2Al-NO3 e Mg2Al-NO3) foi avaliada por meio de isotermas de adsorção a 20,0; 30,0 e 35,0°C. O sistema escolhido como mais conveniente foi o Zn2Cr-NO3, cujos parâmetros ajustados para o modelo de Freundlich foram kF = 73,63; 128,76 e 229,62 mg1-nF.LnF/g e nF = 0,35; 0,38 e 0,33 para 20,0; 30,0 e 35,0°C. Na terceira etapa,partículas contendo cristais de Zn2Cr-NO3 encapsulados em microgéis de alginato (LDHME) foram obtidas através de gelificação iônica, a fim de possibilitar o uso desses adsorventes em colunas cromatográficas. Uma coluna foi empacotada com as partículas de LDHME a fim de avaliar a separação de CA em relação aos aminoácidos tirosina (TYR) e prolina (PRO), já que são os principais contaminantes presentes no meio fermentativo, pelo método de pulso cromatográfico. O uso das partículas de LDHME na separação de CA foi considerado satisfatório levando a fatores de purificação de 2,32 vezes o inicial e a um grau de pureza das soluções de 93 %. Um modelo matemático foi desenvolvido para adsorção de ácido clavulânico (CA) em coluna de leito fixo, empacotada com partículas LDHME. Curvas de ruptura foram obtidas experimentalmente e o sistema foi avaliado em relação aos tempos de operação assim como eficiências e produtividades em função de variações simultâneas das condições experimentais, vazão (Q) e altura de leito (L), através de um delineamento composto central rotacional (DCCR). A vazão foi avaliada no intervalo de 0,19 a 0,82 mL/min e a altura do leito de 3,0 a 5,0 cm. O algoritmo particle swarm optimization (PSO) se mostrou eficaz na estimação dos parâmetros do modelo proposto. Depois de validado experimentalmente em condições distintas das usadas na estimação, o modelo foi usado como ferramenta na otimização da adsorção de CA através de um DCCR, cujos resultados foram obtidos com simulações usando níveis superiores para as variáveis de entrada (Q de 0,80 a 1,50 mL/min e L de 7,0 a 10,0 cm) considerando somo respostas o tempo de ruptura (tb), tempo de exaustão (te), eficiência de recuperação (frec), eficiência de utilização da coluna (fcol) e a produtividade (P). Esse procedimento foi considerado satisfatório já que houve diminuições consideráveis nos tempos de operação e aumentos nas respectivas eficiências e produtividades. As melhores condições de operação do sistema estudado para adsorção de CA foram: Q = 1,15 mL/min e L = 10,0 cm, cujas respostas foram: tb = 24 min, te = 110 min, frec = 96 %, fcol = 37 % e P = 117 kg/h / Abstract: The main focus of this thesis was to study the adsorption of clavulanic acid (CA) in layered double hydroxides (LDH) and to use these adsorbents in fixed bed columns for separation of CA from amino acids. The thesis was developed in three steps: first, it was used LDH-type hydrotalcites. Adsorption studies were performed in stirred batch glass reactors. It was shown that distilled water and a solid/liquid ratio of 15.0 mg/L generated the most favourable conditions for adsorption. A calcined hydrotalcite containing 70 % of MgO was selected for further study since it presented the best adsorption performance. Adsorption equilibrium was evaluated from adsorption isotherms determined at different temperatures. The experimental isotherm data were well fitted by a linear equilibrium model with the corresponding adsorption constants being klin = 0.404, 0.602, 0.849 and 1.083 L/g at 16.5, 19.0, 21.5 and 24.0°C, respectively, showing an increased adsorption capacity at higher temperatures. Thermodynamic evaluation of the process allowed the Gibbs¿ free energy (?G°), the standard enthalpy change (?H°) and the standard entropy change (?S°) to be estimated as follows: ?G° = 2.100, 1.301, 0.503 and ¿0.295 kJ/mol at 16.5, 19.0, 21.5 and 24.0°C, respectively; ?H° = 94.602 kJ/mol; and ?S° = 0.319 kJ/(mol.K), respectively. The second step was developed at the Laboratory of Inorganic Materials of the Blaise Pascal University France during a doctoral internship in France. Different LDH compositions have been investigated: Zn2Cr-Cl, Zn2Cr-NO3, Zn2Al-NO3 and Mg2Al-NO3. Zn2Cr-CA hybrid LDH assemblies were prepared through coprecipitation method to evaluate the affinity between the CA molecule and the interlayer sites. Experiments were carried out using two different sources of CA, i.e. the pharmaceutical product Clavulin® and Clavulanate: Avicel (1:1). The resulting inorganic-organic "sandwich" structure was characterized by a combination of techniques showing an expansion of the layered structure from 0.78 nm to values between 2.30 and 2.60 nm upon CA intercalation; a molecular sieve role of LDH host is also pointed out. Isotherms studies were carried out to evaluate the adsorption capacity of LDH towards CA in presence of contaminants such as amino acids. The Freundlich adsorption model was found to fit the data well and indicating relatively large adsorption capacity, as high as 73.63, 128.76 and 229.62 mg1-nFLnFg-1 at 20, 30 and 35°C, respectively. Besides, the adsorption of CA is classified as an endothermic and spontaneous process with the following calculated thermodynamic parameters: ?H° = 20.516 kJ/mol, ?S° = 0.081 kJ/mol.K and ?G° = -3.271, -4.082, -4.488 kJ/mol for 20, 30 and 35°C, respectively. Particularly, the adsorption of CA onto Zn2Cr-NO3 is a favorable process thus allowing us to envisage the use of LDH in CA biomolecule separation. In the third step, microparticles containing crystals of Zn2Cr-NO3 microencapsulated in alginate (LDHME) were obtained by ionic gelation in order to allow the use of these adsorbents in chromatography columns. A column was packed with particles of LDHME to evaluate the separation of CA from mixtures with amino acids such as tyrosine (TYR) and proline (PRO) using the chromatographic pulse methodology. The use of these LDHME microparticles in the CA separation was satisfactory leading to purification factors of 2.32 times the original and a purity of 93% of the solutions. A mathematical model has been developed for adsorption of CA in a fixed bed column packed with LDHME particles. Breakthrough curves were obtained and the system was experimentally assessed in relation to the time of operation as well as efficiencies and yields due to simultaneous variations of experimental conditions, flow rate (Q) and bed height (L) using a central composite rotatable design (CCRD), considering as responses the breakthrough time (tb), the exhaustion time (te), the recovery efficience (frec), the column utilization efficience (fcol) and the process productivity (P). The flow rate was assessed in the range from 0.19 to 0.82 mL/min and the bed height from 3.0 to 5.0 cm. The particle swarm optimization algorithm (PSO) was shown to be effective in the estimation of the parameters of the proposed model. Once validated experimentally under different conditions from those used in the estimation, the model has been used as a tool in optimizing the adsorption of CA by a CCRD, whose results were obtained using simulations with higher levels for the input variables (0.80 < Q < 1.50 mL/min and 7.0 < L < 10.0 cm). This procedure was considered satisfactory since there were significant reductions in operating times and increases in their productivity and efficiencies. The best operating condition of the system studied for CA adsorption were: Q = 1.15 mL/min and L = 10.0 cm, the answers were: tb = 24 min, trec = 96 %, frec = 110 min, frec = 37% and P = 117 kg/h / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Eugênio Spanó Rosa, Erick de Moraes Franklin / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T18:21:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueiredo_FabiolaTocchinide_M.pdf: 4897680 bytes, checksum: 594ff391035bd0cca23d8d6ccc9465f2 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O transporte de grãos por um fluido em escoamento é frequentemente encontrado na natureza e na indústria. Está presente, por exemplo, na erosão das margens de rios, na migração de dunas no deserto e no transporte de areia em dutos. O mecanismo de transporte se dá através da transferência da quantidade de movimento do fluido para os grãos. Quando a força exercida pelo fluido no leito granular é capaz de mover alguns grãos, mas é relativamente pequena comparada ao peso dos grãos, o escoamento não é capaz de transportar os grãos como suspensão. Forma-se uma camada móvel de grãos em contato com a parte fixa do leito, conhecida como leito móvel (em inglês, 'bed-load'). Se o fluido é um líquido, a espessura desta camada móvel é de apenas alguns diâmetros de grão. A transferência de quantidade de movimento do fluido para os grãos altera o campo de escoamento tornando o perfil de velocidades diferente do caso de leito fixo. Este trabalho está interessado em entender as mudanças que acontecem no escoamento de um líquido turbulento devido à presença de um leito granular móvel, este fenômeno é conhecido como 'feed-back effect'. Os experimentos foram realizados em um canal horizontal de seção retangular e o equipamento de medida PIV (em inglês, 'Particle Image Velocimetry') foi usado para medir o escoamento turbulento de água sobre leitos granulares fixos e móveis. Os perfis de velocidade sobre leito granular fixo e móvel foram medidos para dois diferentes tamanhos de grãos, 160 'mi'm e 360 'mi'm, para a mesma vazão, em condições próximas ao limite de mobilidade dos grãos. Esta é a primeira vez que esta perturbação é experimentalmente medida no caso de escoamento turbulento de líquidos em regime hidraulicamente liso / Abstract: The transport of granular matter by a fluid flow is frequently found in nature and in industry. It is present for example, in the erosion of river banks, in the displacement of desert dunes and on the transport of sand in hydrocarbon pipelines. The entraining mechanism is the momentum transfer from the fluid flow to the grains. When the forces exerted by the fluid flow on the granular bed are able to move some grains, but are relatively small compared to the grains weight, the flow is not able to transport grains as a suspension. Instead a mobile layer of grains, known as bed-load, takes place. If the fluid is a liquid, the bed-load thickness is only a few grains diameters. The momentum transfer from the fluid to the mobile layer alters the fluid flow itself, i. e., the fluid flow is different from that if the bed were static. In this work we are interested in quantifying the changes (perturbation) caused by a mobile layer of grains (granular transport as bed-load) on a turbulent liquid flow. The experiments were performed on a horizontal closed-conduit channel of rectangular cross section and a PIV (Particle Image Velocimetry) device was used to measure the turbulent water flow over fixed and mobile granular beds. The turbulent fully-developed velocity profiles over fixed and mobile granular beds were measured for two different diameter of grains, 160 'mi'm and 360 'mi'm, for roughly the same water flow rates, in conditions near the threshold of the bed-load. The spatial resolution of the measurements allows the experimental quantification of this perturbation and comparison with bed-load theories. The mean flow profiles were obtained, so that the effects of bed-load on the shear stress could be determined. This is the first time that this perturbation is experimentally measured in the case of turbulent flows of liquids / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestra em Engenharia Mecânica

La production de protéines recombinantes, d’anticorps, de vaccins, … est de plus en plus réalisée par culture de cellules animales. Le bioréacteur classiquement utilisé en industrie pour réaliser ces cultures est le bioréacteur à cuve agitée. Ce bioréacteur présente un volume important ce qui rend difficile le développement d’un bioréacteur à usage unique dans l’optique de réduire les risques de contaminations entre deux cultures consécutives. L’intensification du procédé et le développement de bioréacteur à usage unique sont donc deux défis intéressants dans la réalisation de cultures cellulaires à l’échelle industrielle. Un bioréacteur particulièrement prometteur pour l’intensification de culture cellulaire est le bioréacteur lit-fixe. Dans cette thèse, nous étudions le bioréacteur lit-fixe à usage unique iCELLis développé par Artelis S.A.<p>Le lit-fixe du bioréacteur iCELLis est composé d’un empilement de porteurs maintenu entre deux grilles perforées. Ces porteurs sont utilisés comme support par les cellules au cours de la culture. Le bioréacteur est équipé d’un système de transfert gaz-liquide par film tombant afin d’oxygéner le milieu de culture en continu. Une pompe centrifuge plongée dans un bac d’immersion assure la circulation du milieu de culture à travers l’ensemble du bioréacteur. Les cultures se déroulent en trois phases :une phase d’adhérence des cellules aux porteurs du lit-fixe, une phase de croissance cellulaire et une phase de production.<p>Les avantages d’un bioréacteur lit-fixe sont nombreux :une concentration cellulaire élevée impliquant une productivité élevée, un petit volume de bioréacteur, une faible exposition des cellules aux contraintes de cisaillement, Les bioréacteurs lits-fixes présentent cependant certains inconvénients qui freinent leur développement à l’échelle industrielle. Le lit-fixe se présente comme un réacteur piston ce qui implique l’apparition de gradients de concentrations de cellule et d’espèces extracellulaires (nutriments et produits) le long du lit-fixe. L’intérieur du lit-fixe est également difficilement accessible au cours de la culture. Le suivi des concentrations de cellules et d’espèces dans cette zone est donc problématique.<p>Une modélisation globale du bioréacteur lit-fixe nous permet de mieux comprendre les différents phénomènes qui prennent place dans le bioréacteur. Grâce à cette modélisation, nous sommes donc capables d’identifier les phénomènes clés contrôlant le procédé et ainsi fournir des pistes de travail pour l’optimisation et la montée en échelle du bioréacteur, ceci sur base de critères rationnels.<p>Nous choisissons de développer un modèle à compartiments du bioréacteur lit-fixe. Dans ce type de modèle, le bioréacteur est représenté par un réseau de compartiments interconnectés. Nous définissons trois compartiments :un premier pour la pompe, un deuxième pour les cellules et le lit-fixe, et un troisième pour le système de transfert gaz-liquide.<p>Pour le premier compartiment, nous souhaitons caractériser divers paramètres identifiés comme pertinents pour une sélection adéquate de la pompe. Dans cette thèse, nous présentons une méthode pour caractériser ces paramètres pour une pompe de référence (celle du bioréacteur iCELLis) et pour une pompe en similitude géométrique à la pompe de référence (dans le but d’étudier la montée en échelle).<p>La pompe de référence est étudiée numériquement (grâce aux logiciels Gambit 2.4 et Fluent 6.3) et expérimentalement. Nous mettons en évidence les liens entre les paramètres de la pompe déterminés numériquement et ceux déterminés expérimentalement. Ces liens définissent notre modèle. En intégrant au modèle les résultats de la simulation numérique de l’écoulement du milieu de culture dans le bac d’immersion contenant la pompe en similitude géométrique à la pompe de référence, nous déterminons entièrement les paramètres recherchés de la seconde pompe sans avoir recours à un prototype. Ceci permet donc de tester différentes échelles avant de choisir la version finale de la seconde pompe.<p>Le deuxième compartiment du modèle caractérise les cellules et le lit-fixe. La sélection de certains paramètres opératoires dépend du métabolisme cellulaire. Nous souhaitons développer un outil de surveillance en ligne de l’évolution des concentrations de certaines espèces extracellulaires sur base de la connaissance de la concentration cellulaire dans le bioréacteur. Cet outil est développé sur base d’un modèle structuré du métabolisme des cellules animales. Dans un tel modèle, nous établissons des bilans de matière sur les espèces extra- et intracellulaires en considérant les voies métaboliques intracellulaires. Un paramètre requis pour l’emploi de cet outil est la connaissance de la concentration cellulaire au cours de la culture. Or, la surveillance de cette concentration est l’un d’un problème évoqué dans les bioréacteurs lits-fixes. Nous développons donc un modèle ségrégé de culture cellulaire en bioréacteur lit-fixe. Dans ce modèle, nous considérons l’entièreté du lit-fixe. Le modèle comprend différentes populations de cellules :les cellules en suspension dans le milieu au début de la culture et les cellules adhérentes au lit-fixe. Le modèle inclut une distribution spatiale de la concentration d’espèces extracellulaires dans le lit-fixe. Par conséquent, le modèle rapporte les gradients potentiels de concentration de cellules et d’espèces extracellulaires dans le lit-fixe.<p>Le troisième compartiment du modèle du bioréacteur caractérise le système de transfert gaz-liquide. L’oxygénation est très souvent un paramètre clé dans la conception d’un bioréacteur. Dans le bioréacteur iCELLis, le système de transfert gaz-liquide est un film liquide tombant turbulent. Dans cette thèse, nous proposons une méthode pour caractériser le transfert d’oxygène à travers ce type de film tombant. Notre méthode, basée sur une approche numérique (grâce à Gambit 2.4 et Fluent 6.3), est scindée en deux parties. Premièrement, nous calculons la forme de l’interface gaz-liquide. Une simulation de l'écoulement est réalisée avec le modèle Volume of Fluid (VOF). A partir de cette simulation, la forme de l'interface est traquée. Deuxièmement, la forme de l'interface est générée dans un nouveau domaine de calcul afin de simuler le transfert d’oxygène. Grâce à cette seconde simulation, le coefficient de transfert d’oxygène de la phase gazeuse vers le milieu de culture est déterminé. Grâce à notre méthode, nous caractérisons ce coefficient pour différentes conditions opératoires. Nous étudions notamment l’influence du débit et de la température du milieu de culture sur le coefficient de transfert d’oxygène. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This work begins with an introduction to catalysis focusing on heterogeneous systems and surface science phenomena. A study on the partial oxidation reaction of n-butane to maleic anhydride (MA) is presented in the first part. MA supplies are barely adequate for market requirements due to continued strong demand. Only slight improvement in catalytic performance would be welcome in the industrial community. The vanadium phosphorus oxide (VPO) catalyst was used in this work. The reaction is highly exothermic and the need to properly support the catalyst, not only for good dispersion but adequate heat dissipation is of crucial importance. For this, alpha-SiC commercial powders were used in synthesizing the catalyst due to its high thermal conductivity. Up to 25% MA yields were obtained and the reaction temperature was lowered by up to 28% using SiC/VPO mixed catalysts. The second part of this work is focused on the Fischer-Tropsch synthesis (FTS) process using cobalt silica supported catalysts. The main objective is the production of synthetic ultra high purity jet fuel (JP5). This is a very timely topic given the energy issues our world is facing. Almost all aspects of the FTS process have been extensively studied, however the effects of calcination temperature and silica support structure on the catalyst performance are lacking in literature. The catalysts were prepared using various silica supports. The catalysts had different drying and calcination temperatures. It was found that lower support surface area and calcination temperature catalysts exhibited higher activity due to lower support cobalt phase interaction. Co/silica catalysts calcined at 573K showed the highest CO conversion and the lowest CH4 selectivity. Catalysts prepared with 300m²/g support surface area exhibited 79.5% C5+ selectivity due to higher reducibility and less metal support interaction. The properties and performance of various prepared catalysts in both VPO and Co/silica systems are characterized by FTIR, XRD, BET, GC and XPS techniques. Theoretical FTS deactivation by sintering calculations and SiC/VPO particle temperature gradient calculations are presented as well. Finally, conclusions and future work on improving the yield and selectivity and scaling up the bench top setups are also presented.

Regenerative heat exchangers are established as a means of heat recovery in many industrial applications. The fixed-bed regenerators are mostly used to transfer heat from hot flue gas to cold air. In this work, several mathematical models of regenerators and several calculation methods were compared, while the preferred method is Willmott’s open method from 1964. Analysis of the influence of geometrical and operational parameters was carried out for the linear regenerator model.

Diploma thesis deals with constructional design of an experimental fixed-bed reactor for biomass combustion research. This device is designed to facilitate good control of the combustion process and collection of quality data, particularly temperature, pressure, gas composition and mass loss. Obtained data is for creating mathematical models of combustion of solid biomass in the fixed-bed.