rOrientador: Martin Azna / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T13:28:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilvaJunior_JulioLopesda_M.pdf: 4182616 bytes, checksum: 6423419dacba1304ffd5dce09c359c97 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O 2,5-dimetilfurano (DMF) é um biocombustível promissor que pode ser produzido a partir da desidratação da frutose por catálise ácida em um reator bifásico. Para o projeto, operação e otimização do processo de produção do DMF são indispensáveis dados de equilíbrio de fases, visando as etapas de separação e purificação, bem como dados de propriedades termofísicas dos componentes envolvidos, úteis no cálculo das propriedades de transporte. Entretanto, dados de equilíbrio líquido-líquido (ELL) envolvendo o DMF são, até o momento, inexistentes na literatura. Este trabalho teve como objetivo principal determinar experimentalmente dados de ELL de sistemas ternários água + DMF + solventes presentes nas etapas de separação do processo de produção do DMF em reator bifásico, bem como desenvolver a metodologia analítica mais apropriada. Foram usados como solventes 1-butanol, 2-butanol e 1- hexanol e as linhas de amarração foram obtidas nas temperaturas de 25°C e 40°C, a pressão atmosférica de aproximadamente 95,0 kPa. Três técnicas analíticas foram testadas: 1) densimetria e refratometria, 2) cromatografia gasosa com padronização interna e 3) cromatografia gasosa com titulação volumétrica de Karl Fischer, sendo empregada esta última metodologia na determinação da composição das fases em equilíbrio. O ELL do sistema ternário acetato de etila + 1-butanol + água a 20°C foi determinado e comparado com dados disponíveis na literatura para validação da metodologia analítica. Os resultados mostram que os sistemas estudados apresentam regiões de grande imiscibilidade e altos valores de seletividade para o DMF; portanto, estes álcoois foram considerados bons solventes para aplicação no processo de produção do DMF. Fez parte ainda dos objetivos do trabalho determinar as propriedades densidade, índice de refração e viscosidade do DMF puro, obtidos usando um densímetro de tubo em U vibrante, um refratômetro e um viscosímetro de bola em queda, respectivamente, em uma faixa de temperatura entre 15 e 60°C. Os dados de ELL obtidos foram satisfatoriamente correlacionados com o modelo NRTL para o cálculo do coeficiente de atividade, com desvio médio quadrático na composição menor que 2% para todos os sistemas; novos parâmetros de interação binária foram determinados nesta correlação. A qualidade dos dados experimentais foi verificada pelas equações de Bachman e Othmer-Tobias, que mostraram um coeficiente de correlação R2> 0,97 em todos os casos / Abstract: 2,5-Dimethylfuran (DMF) is a promising biofuel that can be produced by dehydration of fructose by acid catalysis in a biphasic reactor. For the design, operation and optimization of DMF production process, phase equilibrium data are necessary, aiming the separation and purification steps, as well as thermophysical properties of the involved compounds, useful in the calculation of transport properties. However, liquid-liquid equilibrium (LLE) data of systems including DMF are not available in the literature at the present time. The main objective of this work was to determine experimentally LLE data of ternary systems water + DMF + solvents present in the separation steps of DMF production process in biphasic reactor, as well to develop the most suitable analytical methodology. 1-Butanol, 2-butanol and 1-hexanol were used as solvents and the tie-lines were determined at 25°C and 40°C and at atmospheric pressure of about 95.0 kPa. Three analytical techniques were tested: 1) densimetry and refractometry, 2) gas chromatography with internal standard method and 3) gas chromatography combined with Karl Fischer volumetric titration, the latter used in the equilibrium phases composition determination. LLE data of ternary system ethyl acetate + 1-butanol + water at 20°C was determined and compared with those available in the literature for validation of the analytical methodology. The results show that the studied systems have large immiscibility region and high selectivity values for the DMF; therefore, these alcohols are considered good solvents for application in DMF process production. Also, new measurements of pure DMF density, refractive index and viscosity were performed, obtained by using a vibrating U-tube densimeter, a refractometer and a falling ball viscometer, respectively, in the temperature range 15 to 60°C. The obtained LLE data were satisfactorily correlated with the NRTL model for the activity coefficient calculation, with root mean square deviation in composition less than 2% for all systems; new binary interaction parameters were determined in this correlation. The quality of the experimental data was ascertained by Bachman and Othmer-Tobias equations, with a correlation coefficient R2 > 0.97 for all cases / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Antonio José de Almeida Meirelles, Marcelo Lanza / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-19T03:18:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FollegattiRomero_LuisAlberto_D.pdf: 1459960 bytes, checksum: 156264e9c23b646b44f0d820a5df70c7 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os esteres etilicos de acidos graxos (biodiesel) podem ser produzidos atraves da reacao da transesterificacao ou etanolise. Os reagentes (oleo vegetal e etanol), normalmente com o alcool adicionado em excesso para garantir uma maior conversao em esteres etilicos de acidos graxos (FAEEs), formam um mistura heterogenea com miscibilidade parcial, sendo necessario nesta etapa realizar agitacao no interior do reator para melhorar a difusao de componentes entre as fases formadas. Durante a reacao, a mistura inicial e transformada em outras duas fases, uma rica em esteres etilicos e outra rica em glicerina, com o etanol em excesso distribuindo¿se entre as duas fases. Finalmente, os esteres resultantes devem ser separados da glicerina, do alcool em excesso e do catalisador, via decantacao ou centrifugacao, seguido de um processo de lavagem com agua (purificacao) para eliminar os saboes, componentes graxos, restos de catalisador, alcool e glicerina. Algumas das dificuldades da producao industrial de biodiesel etilico estao associadas ao desconhecimento das composicoes das fases durante o processo reacional e a problemas adicionais na separacao de fases em funcao da maior presenca de etanol em ambas as fases resultantes da reacao. Por esta razao, torna¿se necessario o estudo do equilibrio liquido¿liquido das misturas envolvidas nas diferentes etapas do processo de producao deste biocombustivel. O presente trabalho teve como objetivo a determinacao de dados de equilibrio liquido¿liquido para uma serie de sistemas pseudo¿binarios e multicomponentes envolvendo oleos vegetais, FAEEs, etanol, glicerol e agua e a modelagem do equilibrio de fases destes sistemas empregando a equacao de estado CPA EoS (Cubic¿Plus¿Association Equation of State) e o modelo NRTL. Em uma primeira etapa, foi estudada a solubilidade dos reagentes: oleos vegetais + etanol em uma faixa de temperatura de 298,15 a 333,15 K. Estes dados foram correlacionados satisfatoriamente usando o modelo NRTL. Nesta modelagem, o oleo vegetal foi tratado como um pseudocomponente. A validade desta hipotese foi demonstrada em um trabalho subsequente sobre a particao dos triacilglicerois nas fases de equilibrio (oleosa e alcoolica) em misturas compostas de oleos vegetais + etanol para a producao de biodiesel. Na segunda etapa desta tese foram investigados sistemas ternarios relacionados com o periodo intermediario do processo reacional de producao de biodiesel: FAEEs + etanol + glicerol a 323,15 e 353,15 K. Estes dados foram correlacionados corretamente com a CPA EoS, aproveitando¿se a transferencia dos parametros usados num trabalho anterior na predicao do equilibrio liquido¿vapor de sistemas binarios compostos por esteres etilicos ou esteres metilicos de acidos graxos em uma faixa de pressao de 5332,9¿13332,23 Pa. Sistemas relacionados com a etapa de lavagem do biodiesel tambem foram investigados: FAEEs + etanol + agua a temperaturas entre 298,15 e 333,15 K. Os resultados mostraram que a lavagem com agua e uma maneira muito eficaz de recuperacao de etanol da fase rica em esteres gerados. Estes dados de equilibrio tambem foram correlacionados com a CPA EoS e os desvios medios apresentaram valores menores que 3,0 % / Abstract: Fatty acid ethyl esters (biodiesel) are produced through the transesterification reaction or ethanolysis. Reagents (vegetable oil and ethanol), usually with alcohol in excess to ensure a higher conversion into fatty acid ethyl esters (FAEEs), form a heterogeneous mixture with partial miscibility; in this step it is necessary to carry out agitation inside the reactor to improve component diffusion between the phases formed. During the course of the reaction, the initial mixture is transformed into two phases: an ethyl esters¿rich phase and the other a glycerin¿rich phase, with excess ethanol distributed in both phases. Finally, the esters must be separated from the glycerin, excess alcohol and catalyst, via decanting or centrifuging, followed by a washing process with water (purification) to remove the soaps, fatty compounds, residual catalyst, glycerin and alcohol. Some of the difficulties of industrial production of ethyl biodiesel are associated to the limited information about the phase compositions during the reaction process and additional problems during phase separations due to the high presence of ethanol in the two phases resulting of the reaction. For this reason, it becomes necessary studying the liquid¿liquid phase equilibrium of the mixtures involved in different steps of the production of this biofuel. The objective of this work was to determine the liquid-liquid equilibria data for several pseudo¿binary and multicomponent systems containing vegetable oils, FAEEs, ethanol, glycerol and water and the phase equilibrium modeling using the CPA EoS (Cubic¿Plus¿Association Equation of State) and NRTL model. In a first stage, the solubility of reagents (vegetable oil + ethanol) was studied in the temperature range from 298.15 to 333.15 K. These data were satisfactorily correlated using the NRTL model. In this model, the vegetable oil was treated as a pseudocomponent. The validity of this hypothesis was demonstrated in a subsequent work about the partition data of triacylglycerols between the two immiscible liquid equilibrium phases (oil and alcoholic) in vegetable oil + ethanol mixtures for biodiesel production. In the second stage of this thesis were investigated ternary systems related with the reaction process intermediate step of biodiesel production: FAEEs + ethanol + glycerol at 323.15 and 353.15 K. These data were correlated correctly with the CPA EoS, taking advantage of the transferability of the CPA parameters used in a previous work for predicting the vapor¿liquid equilibrium of binary systems composed of fatty acid ethyl or methyl esters in the pressure range 5332.9 ¿ 13332.23 Pa. Ternary systems related with the biodiesel washing process were also investigated: FAEEs + ethanol + water within the temperature range of 298.15 and 333.15 K. These results indicate that washing with water is a very effective way of extracting ethanol from the ester phase generated. These equilibrium data were also correlated with the CPA EoS and the mean deviation values were lower than 3.0 % / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Este trabalho insere-se no ramo da modelagem de sistemas termodinâmicos complexos, e diz respeito fundamentalmente ao processo de extração de metais (em forma iônica) por solventes, auxiliando a busca de soluções para a otimização do processo. O modelo inicialmente proposto para o comportamento do equilíbrio líquido-líquido do processo de extração de íons metálicos (foram estudados os íons: Co2+, Ni2+, Mg2+ e Mn2+) mostrou um bom ajuste aos dados experimentais. Na primeira etapa, investigou-se a dependência da taxa de extração dos íons em relação ao pH de equilíbrio. Outras variáveis como: temperatura, concentração do agente extratante e razão volumétrica (O/A) foram mantidas constantes e, foram utilizadas soluções monocomponentes e taxas de carregamento do extratante inferiores a 2%. O estudo baseou-se no mecanismo de reação da extração desses íons, e, através do ajuste dos parâmetros principais dessas equações foi possível gerar um modelo para predizer a taxa de extração (E%) para cada um dos metais estudados. Este primeiro modelo, foi utilizado então, para a obtenção de um segundo modelo que leva em consideração soluções multicomponente de íons concorrentes e taxas de carregamento do extratante próximas a 45%. Parâmetros estes mais coerentes com operações comerciais de separação e produção de níquel e cobalto. O trabalho apresentado mostrou ser possível a utilização de modelos matemáticos que levem estes fatores em consideração, aproximando-se consideravelmente dos valores experimentais, e deste modo permite simulações assertivas de diferentes cenários de processo como: matérias primas, qualidade do produto final e consumo de insumos. / This work is a study on the modeling of the solvent extraction process of metal ions, aiming at finding solutions for process optimization. A model for the liquid - liquid equilibrium accounting for the mass balance in the extraction process of metal ions (Co2+, Ni2+, Mg2+ and Mn2+) showed an excellent fit to the experimental data . In the first step, the dependence of the rate of extraction of ions as a function of solution pH was investigated. Other variables such as temperature, concentration of extractant agent (phosphinic acid) and volumetric ratio (organic and aqueous phases) were held constant. Single-component solutions and low loading of extractant were considered. The study was based on the reaction mechanism of extraction of these ions, and by fitting the main parameters of these equations was possible to generate a model for predicting the extraction rate for each of the metals studied. This initial model was then used to obtain a second model which takes into account multicomponent solutions of competing ions and extractant loading rates close to 45%. These parameters are more consistent with commercial operations. The present work showed that using phenomenological models to account for these factors is possible. The model was validated with experimental values. Thus, this work allows for more accurate simulations of different process scenarios concerning raw materials, final product quality and consumption of inputs.

No presente trabalho estudou-se o equilíbrio de fases em sistemas aquosos contendo albumina do plasma bovino (BSA) e polietileno glicol (PEG) com tamanhos médios de cadeia 2000, 4000, 6000 e 10000, para valores de pH iguais a 4,0, 5,0 e 6,0, na temperatura de 25ºC. Pôde-se observar que o diagrama de fases é dependente do pH e do tamanho da cadeia. Conforme a região do diagrama, observaram-se sistemas que apresentaram características de equilíbrio sólido-líquido (ESL) e de equilíbrio líquido-líquido (ELL), além de sistemas presumivelmente metaestáveis que apresentam uma transição dos dois comportamentos, cujas concentrações de PEG são intermediárias em relação aos sistemas que apresentam puramente o ELL ou o ELS. Mediante a interpretação dos dados experimentais e a análise a partir da equação de Flory-Huggins, verificou-se a dependência direta entre o tamanho médio de cadeia polimérica e a formação do ELS. Os resultados sugerem que os grupos hidroxila terminais das moléculas de PEG interagem com as moléculas de BSA, alterando a conformação das últimas de tal modo que o coeficiente de interação BSA-H2O (oriundo da equação de Flory-Huggins) também se altera. Como o parâmetro de maior influência na atividade da proteína em solução é justamente o coeficiente de interação BSA-H2O, pequenas alterações geram uma grande mudança no cálculo desta atividade sendo portanto o principal fator a afetar a estado de equilíbrio. / The phase equilibrium in aqueous systems containing bovine serum albumin (BSA) and polyethylene glycol (PEG) with average molar mass values of 2000, 4000, 6000 and 10000 was studied in this work. All experiments were carried out at 25ºC, and the pH was varied within the values 4,0, 5,0 and 6,0. It was observed that the phase diagram depends on the pH and on polymer chain average size. According to the composition of the systems, not only solid-liquid (SLE) and liquid-liquid (LLE) equilibrium were observed, but also possible metastable systems with transition characteristics, whose PEG concentrations are intermediate to the purely SLE or LLE systems. Following the experimental data interpretation and the analysis of the Flory-Huggins equation, it was observed a direct relationship between the polymeric average size and the formation of SLE. The results imply that the terminal hydroxyl groups of the PEG molecules interact with BSA molecules, changing the protein conformation in such a way that the interaction coefficient BSA-H2O (which came from the Flory-Huggins equation) changes accordingly. Bearing in mind that the most influential parameter in the protein activity is the interaction coefficient BSA-H2O, small changes lead to a significant change in the calculated value of this activity. It is thus possible to state that the average molecular mass value of PEG is the main factor that affects the equilibrium state.

Este trabalho insere-se no ramo da modelagem de sistemas termodinâmicos complexos, e diz respeito fundamentalmente ao processo de extração de metais (em forma iônica) por solventes, auxiliando a busca de soluções para a otimização do processo. O modelo inicialmente proposto para o comportamento do equilíbrio líquido-líquido do processo de extração de íons metálicos (foram estudados os íons: Co2+, Ni2+, Mg2+ e Mn2+) mostrou um bom ajuste aos dados experimentais. Na primeira etapa, investigou-se a dependência da taxa de extração dos íons em relação ao pH de equilíbrio. Outras variáveis como: temperatura, concentração do agente extratante e razão volumétrica (O/A) foram mantidas constantes e, foram utilizadas soluções monocomponentes e taxas de carregamento do extratante inferiores a 2%. O estudo baseou-se no mecanismo de reação da extração desses íons, e, através do ajuste dos parâmetros principais dessas equações foi possível gerar um modelo para predizer a taxa de extração (E%) para cada um dos metais estudados. Este primeiro modelo, foi utilizado então, para a obtenção de um segundo modelo que leva em consideração soluções multicomponente de íons concorrentes e taxas de carregamento do extratante próximas a 45%. Parâmetros estes mais coerentes com operações comerciais de separação e produção de níquel e cobalto. O trabalho apresentado mostrou ser possível a utilização de modelos matemáticos que levem estes fatores em consideração, aproximando-se consideravelmente dos valores experimentais, e deste modo permite simulações assertivas de diferentes cenários de processo como: matérias primas, qualidade do produto final e consumo de insumos. / This work is a study on the modeling of the solvent extraction process of metal ions, aiming at finding solutions for process optimization. A model for the liquid - liquid equilibrium accounting for the mass balance in the extraction process of metal ions (Co2+, Ni2+, Mg2+ and Mn2+) showed an excellent fit to the experimental data . In the first step, the dependence of the rate of extraction of ions as a function of solution pH was investigated. Other variables such as temperature, concentration of extractant agent (phosphinic acid) and volumetric ratio (organic and aqueous phases) were held constant. Single-component solutions and low loading of extractant were considered. The study was based on the reaction mechanism of extraction of these ions, and by fitting the main parameters of these equations was possible to generate a model for predicting the extraction rate for each of the metals studied. This initial model was then used to obtain a second model which takes into account multicomponent solutions of competing ions and extractant loading rates close to 45%. These parameters are more consistent with commercial operations. The present work showed that using phenomenological models to account for these factors is possible. The model was validated with experimental values. Thus, this work allows for more accurate simulations of different process scenarios concerning raw materials, final product quality and consumption of inputs.

Les performances des modèles thermodynamiques actuels pour les solvants mixtes (en particulier avec alcools) électrolytiques sont limités. L’objectif de ce travail est d’étendre les capacités du modèle eGC-PPC-SAFT à ces systèmes. Ceci est fait en plusieurs étapes. Dans une première étape, le modèle PPC-SAFT existant est amélioré pour l’eau pure et les solvants usuels, par (1) introduisant une dépendance en température du diamètre sphère dure de l'eau et (2) adapter un minimum de paramètres ioniques sur les coefficients d’activité moyens et les densités des systèmes contenant des électrolytes forts ainsi que les sur les équilibres liquide vapeur des solvants mixtes d'électrolytes. Dans une troisième étape, le modèle final est utilisé pour représenter les équilibres liquide-liquide des solvants mixtes électrolytiques en étudiant les coefficients de partition de chacune des espèces dans le système. Pour cela, une stratégie de paramétrage des paramètres binaires ion-solvant a été développée, qui implique l’évaluation de l’impact de chacune des contributions individuelles du modèle ePPC-SAFT sur les coefficients de partition. Étant donné son importance dans le cadre de la modélisation thermodynamique de ces systèmes, une nouvelle règle de mélange pour le constant diélectrique est proposée. Au final, le modèle développé est capable de décrire les coefficients d’activité ainsi que les équilibres VLE et LLE des système électrolytiques avec solvants mixtes. / The capabilities of the current thermodynamic models are limited in dealing with mixed-solvent electrolyte systems, due to the complex interactions within these systems. The objective of this work is to extend eGC-PPC-SAFT model to these systems. This is done in several steps. First, a modification in the temperature dependent water diameter was proposed. Second, a minimum number of ion-water parameters are determined on mean ioninc activity coefficients and densities of strong electrolyte systems, as well as vapour-liquid equilibria (VLE) of mixed solvent electrolytes. In the third step, the model is used to study the liquid-liquid equilibrium (LLE) of the mixed-solvent electrolyte system. This was done by looking at the partition coefficients of the individual species in the systems. In doing so, a parameterization strategy was developed for ion-solvent binaries that involve assessing the impact of the individual ePPC-SAFT contribution on the partitioning of individual species. A new method for dealing with the condition of electroneutrality in liquid-liquid ionic systems was proposed that involves a direct correction on the fugacity coefficient. In view of the importance of this property, a new mixing rule for the dielectric constant of mixed solvent is proposed to provide the best description of LLE of mixed solvent electrolyte. The final model is capable of describing, the activity coefficient, VLE, and LLE of mixed-solvent electrolyte systems.

Na presente Tese de Doutorado objetivou-se avaliar a viabilidade técnica da substituição do solvente hexana, de fonte não renovável e industrialmente utilizado na extração de óleos vegetais, por solventes geralmente reconhecidos como seguros (GRAS), tais como álcoois de cadeia curta, etanol ou isopropanol, com diferentes graus de hidratação. Em adição, uma propriedade específica dos álcoois de cadeia curta foi estudada, miscibilidade parcial entre álcoois e óleo, objetivando-se a recuperação do solvente, etapa posterior ao processo de extração de óleo, denominada de dessolventização. Nesse sentido, torta de amêndoas de baru proveniente da prensagem mecânica industrial foi submetida à extração, com etanol ou isopropanol, absoluto ou azeotrópico, nas temperaturas de 60 a 90 °C, em um único estágio de contato. Os resultados mostraram que a adição de água ao solvente alcoólico impactou negativamente na eficiência de extração de óleo, enquanto o aumento da temperatura favoreceu este processo, sendo que com solvente isopropanol absoluto, a 80 °C, foi possível extrair aproximadamente 91 % do óleo disponível. Em temperaturas acima de 80 °C, os solventes utilizados, com exceção do etanol azeotrópico, apresentaram rendimentos de extração de óleo estatisticamente iguais. A composição em ácidos graxos dos óleos obtidos da extração alcoólica sequencial foi característica de óleo de amêndoas de baru, com predominância dos ácidos graxos insaturados oleico e linoleico e do saturado palmítico (aproximadamente 51, 28 e 7 %, respectivamente), independentemente da condição de processo empregada. Ainda, a extração alcoólica sequencial não influenciou nos teores dos isômeros α- e γ- tocoferol e no teor total de tocoferóis. Em relação ao estudo da fração proteica, dos sólidos desengordurados provenientes da extração alcoólica sequencial em três e dois estágios, para as temperaturas 60 e 90 °C, respectivamente, tanto a solubilidade proteica como a estabilidade térmica dos sólidos foram afetadas, sendo o índice de solubilidade de nitrogênio afetado negativamente pela hidratação do solvente alcoólico, temperatura de processo e número de estágios de contato. De uma maneira geral, a extração de óleo com solventes alcoólicos proporcionou a obtenção de um material sólido desengordurado com melhorias na capacidade de absorção de água e de óleo. Adicionalmente, verificou-se que o processo de extração alcoólica exerceu influência negativa na atividade emulsificante e positiva na capacidade de formação e estabilidade de espuma. Ademais, no estudo da recuperação do solvente, dados de equilíbrio de fases determinados para sistemas lipídicos compostos por óleo de torta de amêndoas de baru, obtido da prensagem mecânica industrial, e solventes alcoólicos, na faixa de temperatura de 15 a 60 °C, mostraram que a temperatura exerceu maior influencia na solubilidade mútua dos componentes dos sistemas com solventes absolutos em comparação aos sistemas com solventes azeotrópicos, enquanto a hidratação do solvente levou a diminuição da solubilidade, com consequente redução do coeficiente de partição do óleo. Parâmetros do modelo NRTL ajustados aos dados experimentais apresentaram adequada descrição do comportamento dos sistemas lipídicos, com desvios nas frações mássicas variando de 0,0014 a 0,0086. / The aim of this Ph.D. Thesis was to evaluate the technical feasibility of replacing the solvent hexane, from a non-renewable source and industrially used in the extraction of vegetable oils, by solvents generally recognized as safe (GRAS), such as short chain alcohols, ethanol or isopropanol, with different levels of hydration. In addition, a specific property of the short-chain alcohols, the partial miscibility between alcohols and oil, has been studied aiming at recovering the solvent after the oil extraction process, called desolventization. In this sense, baru almond cake from industrial mechanical pressing was subjected to extraction with ethanol or isopropanol, absolute or azeotropic degress, at temperatures from 60 up to 90 °C, in a single contact stage. Results showed that the addition of water to the alcoholic solvent negatively affected the oil extraction efficiency, while the increase in temperature favored this process. It was possible to extract approximately 91 % of the oil with absolute isopropanol solvent at 80 °C. At temperatures above 80 °C, the solvents, with the exception of azeotropic ethanol, showed no statistical differences regarding extraction yields. The fatty acid composition of oils obtained from sequential alcoholic extraction was characteristic of baru almond oil, with predominance of oleic and linoleic unsaturated fatty acids and palmitic saturated fatty acid (approximately 51, 28 and 7%, respectively), regardless of the condition of used. Also, the sequential alcoholic extraction did not influence the contents of the α- and γ-tocopherol isomers and the total content of tocopherols. In relation to the protein fraction study, of the defatted solids from the sequential alcoholic extraction in three and two stages, for the temperatures of 60 and 90 °C, respectively, the protein solubility and the thermal stability of the solids were affected, being the nitrogen solubility index negatively affected by the hydration of the alcoholic solvent, by the process temperature and by the number of contact stages. In general, the extraction of oil with alcoholic solvents provided a defatted solid material with improvements in water and oil absorption capacities. Additionally, it was verified that the process of alcoholic extraction exerted a negative influence on the emulsifying activity and a positive on the capacity of foam formation and stability. Moreover, in the study of solvent recovery, phase equilibrium data determined for lipid systems composed of baru almond cake oil, obtained from industrial mechanical pressing, and alcoholic solvents, in the temperature range from 15 up to 60 °C, showed that the temperature exhibited the higher influence on the mutual solubility of the components of the system with absolute solvents compared to systems with azeotropic solvents, while the hydration of the solvent led to a decrease in solubility, with consequent reduction of the partition coefficient of the oil. NRTL model parameters adjusted to the experimental data presented an adequate description of the behavior of the lipid systems, with deviations in mass fractions varying from 0.0014 to 0.0086.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-16T13:03:53Z No. of bitstreams: 1 JULIANA CORDEIRO NUNES - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 2293745 bytes, checksum: c60baeed38c440f535a6b8170f9736f4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-16T13:03:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JULIANA CORDEIRO NUNES - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 2293745 bytes, checksum: c60baeed38c440f535a6b8170f9736f4 (MD5) Previous issue date: 2017-09-15 / A pesquisa por fontes alternativas de energia tem sido cada vez mais intensa. Nesse contexto, surge o biodiesel, biocombustível que apresenta as seguintes características: emite menos poluente que o diesel de petróleo, biodegradável, renovável, não tóxico, dentre outras. O biodiesel é produzido através da reação de transesterificação, onde o óleo vegetal ou a gordura animal reage com álcool de cadeia curta na presença de um catalisador. O óleo de girassol é uma oleaginosa com potencial utilização para a produção do biodiesel, visto que pode ser plantada no Nordeste brasileiro no período chuvoso. Após a reação de transesterificação, o produto reacional contém impurezas que precisam ser retiradas e, para isso, devem ser realizadas a lavagem e a purificação do produto reacional. Para realizar a lavagem e a purificação é necessário conhecer o equilíbrio líquido-líquido de misturas formadas por água, glicerina, biodiesel e álcool. E, para isso, pode ser preciso ter posse dos dados termodinâmicos. O objetivo deste trabalho é realizar o estudo termodinâmico sobre o equilíbrio de fases de sistemas ternários (biodiesel de girassol – álcool – glicerina) e pseudoquaternários (biodiesel de girassol – álcool – glicerina – água/ácido diluído). Para isso, foi utilizado o método da minimização da energia de Gibbs, à temperatura e pressão constantes. Para representar as fases formadas em cada sistema, foi empregado o modelo UNIQUAC. Os parâmetros de interação binária entre os compostos foram estimados através do método dos mínimos quadrados. O sistema ternário formado por biodiesel metílico de girassol – metanol – glicerina, foi analisado à 25ºC, 35ºC e 45ºC e foi observado que o efeito da temperatura foi pouco expressivo, havendo uma pequena redução da região de imiscibilidade à 45ºC. Foram estudados os sistemas pseudo-quaternários formados por biodiesel metílico de girassol – metanol – glicerina – água destilada/ácido sulfúrico diluído, o sistema ternário de biodiesel etílico de girassol – etanol – glicerina e também os sistemas pseudo-quaternários formados por biodiesel etílico de girassol – etanol – glicerina – água destilada/ácido sulfúrico diluído. Em todos os sistemas pseudo- quaternários foi observado que a presença de água/ácido diluído: aumenta a região de separação de fases, não havendo alteração expressiva no comportamento da curva ao aumentar a quantidade de água destilada/ácido diluído de 50% para 75% em relação à massa da glicerina; e diminui a solubilidade do biodiesel na fase rica em glicerina+água destilada/ácido diluído. Na modelagem termodinâmica do ELL, os dados experimentais foram comparados com os valores calculados pelo modelo UNIQUAC, onde obteve-se uma boa concordância entre os dados experimentais e os valores calculados, uma vez que o maior desvio apresentado foi de 0,27%. Isso mostra que, no estudo no ELL dos sistemas analisados, podem ser utilizados os parâmetros calculados. Observou-se que é satisfatório o uso do modelo UNIQUAC para tais sistemas. / The search for alternative sources of energy has been increasingly intense. In this context, it appears the biodiesel, biofuel that has the following characteristics: it emits less pollutant than petroleum diesel, biodegradable, renewable, non-toxic, among others. biodiesel is produced through the transesterification reaction, where vegetable oil or animal fat reacts with short chain alcohol in the presence of a catalyst. Sunflower oil is an oleaginous with potential use for the production of biodiesel, since it can be planted in the Brazilian Northeast during the rainy season. After the transesterification reaction, the reaction product contains impurities that need to be removed and, for this, the wash and purification of the reaction product must be carried out. To carry out the washing and the purification it is necessary to know the liquid-liquid equilibrium of mixtures formed by water, glycerine, biodiesel and alcohol. And for that, it may be necessary to have possession of the thermodynamic data. The objective of this work is to perform the thermodynamic study on the phase equilibrium of ternary systems (sunflower biodiesel - alcohol - glycerin) and pseudo - quaternaries (sunflower biodiesel - glycerine - water / diluted acid). The Gibbs energy minimization method was used at constants temperature and pressure. To represent the phases formed in each system, the UNIQUAC model was used. The parameters of binary interaction between the compounds were estimated using the least squares method. The ternary system formed by sunflower methyl biodiesel - methanol - glycerin was analyzed at 25ºC, 35ºC and 45ºC and it was observed that the effect of the temperature was not very expressive, with a small reduction of the region of immiscibility at 45ºC. We studied the pseudo quaternary systems formed by sunflower methyl biodiesel - methanol - glycerol - distilled water / diluted sulfuric acid, the ternary l system of ethyl biodiesel of sunflower - ethanol – glycerin and also the pseudo - quaternary systems formed by sunflower ethyl biodiesel - ethanol - glycerin - distilled water / diluted sulfuric acid. In all pseudo-quaternary systems it was observed that the presence of diluted water / diluted acid: increases the region of phase separation, with no significant change in the behavior of the curve by increasing the amount of distilled water / diluted acid from 50% to 75% relative to the glycerol mass; and decreases the solubility of biodiesel in the rich phase at glycerin + distilled water / dilute acid. In the thermodynamic modeling of the LLE, the experimental data were compared with the values calculated by the UNIQUAC model, where a good agreement was obtained between the experimental data and the calculated values, since the largest deviation was 0.27%. This shows that, in the LLE study of the analyzed systems, the calculated parameters can be used. It was observed that the use of the UNIQUAC model for such systems is satisfactory.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Com o passar do tempo, a população mundial vem se conscientizando mais sobre problemas ambientais. Isso fez surgir uma demanda por tecnologias novas que possam se encaixar no cenário de sustentabilidade. Instabilidades frequentes no cenário político-econômico global acabam por elevar o preço do barril do petróleo. Assim a indústria química começa a buscar por alternativas que tenham a mesma versatilidade do petróleo. Dentre as opções de combustíveis renováveis, destaca-se o bio-óleo de pirólise. Seu interesse em estudos científicos vem do fato de poder-se utilizar do rejeito de processos como matéria prima, não necessitando competir por espaço com a plantação de alimentos. Sua composição pode ser representada por ácidos e fenóis. Em especial destacamos o ácido acético e fenóis oxigenados como m-cresol, o-cresol, p-cresol e guaiacol por estarem presentes em grandes quantidades. Sua separação das frações menos polares do bio-óleo pode ser realizada por meio de extração com água que é um reagente abundante e de baixo custo. O conhecimento das propriedades desses componentes puros é amplamente disponível na literatura, porém dados de composições das fases corrosivas, como misturas ternárias de água-ácido acético-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol nas temperaturas de (298,15, 310,65 e 323,15) K são escassos. Devido a isso, o uso de modelos termodinâmicos para simulação do comportamento desses sistemas torna-se interessante. Todavia, quando são testadas as capacidades dos modelos clássicos, como o UNIFAC e NRTL, percebe-se que os mesmos não conseguem reproduzir o comportamento da binodal dos componentes corrosivos. Sendo assim, essa dissertação investigou soluções para melhorar a descrição desses sistemas, assim como obteve dados experimentais para tais sistemas de misturas ternárias de água-ácido acético-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol nas temperaturas de (298,15, 310,65 e 323,15) K; desenvolveu-se uma metodologia para estimar parâmetros do modelo NRTL a partir de dados de composição da binodal e verificou-se a possibilidade de utilizar o modelo UNIFAC para prever o comportamento de equilíbrio de fases. Como resultado foram obtidos 314 novos dados experimentais, obtiveram-se parâmetros para o modelo NRTL que conseguem reproduzir com acurácia a forma da binodal com a metodologia proposta e verificou-se a necessidade de aperfeiçoamento no estudo do modelo UNIFAC para otimizar sua utilização na previsão do comportamento dos sistemas estudados / Over time the world population has become increasingly aware of environmental problems. This started a demand for new technologies that are more environmentally friendly. Geopolitical instabilities exert a profound influence over oil prices, making the chemical industry search for alternative substances that can have the same versatility as oil. Among renewable fuels, pyrolysis bio-oil stands out as one of the most studied. Researchers were drawn to it because it can be obtained from process waste, thus not competing in space with food plantations. This biooil composition can be represented by acids and phenols. The acetic acid along with m-Cresol, o-Cresol, p-Cresol and Guaiacol are the main components in terms of amount. These substances can be separated from less polar fractions with water, a cheap and abundant solvent. Although knowledge on pure components is abundant in the literature, the opposite is true as regards data on phase composition of its corrosive components, such as ternary mixtures of water-acetic acid-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol at (298.15, 310.65, and 323.15) K. In this case the use of the classical thermodynamic models which simulate the behavior of such systems is recommended. However, when one tests the accuracy of such models as NRTL and UNIFAC, it becomes clear that they cannot replicate the phase component behavior of the corrosive part. Hence, this thesis researched ways to improve knowledge of the ternary mixtures of water-acetic acid-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol at (298.15, 310.65, and 323.15) K. A new methodology was developed to estimate/set parameters for the NRTL model obtained from binodal data. Also, possibility of use of the UNIFAC model to predict phase equilibrium behavior was verified. As a result, a new data set with 314 ternary system data was generated for the ternary mixtures containing acetic acid-water-m-cresol/o-cresol/p-cresol/guaiacol at (298.15, 310.65, and 323.15) K. Through the methodology proposed by this thesis, new parameters for the NRTL model were estimated, which can accurately replicate the binodal curve . Further studies are needed to optimize the UNIFAC model so it is able to predict phase behavior of the studied components

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SuzaraRCS_DISSERT.pdf: 1861232 bytes, checksum: 9e3a6f4fce7c9a42298d1b98ecec0d8d (MD5) Previous issue date: 2014-06-03 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Rio Grande do Norte, northeast state from Brazil, it is the greatest producer and exporter of yellow melon, well known as Spanish melon. Despite the consumption of this fruit to be mainly its pulp, melon seeds are an important source of lipids considered an industrial residue it has been discharge product. The use of oilseeds in order to produce biodiesel establishes an important raw material and the increase of its production promotes the national development of the agriculture. In this background, the aim of this work has been to use oil from seeds of yellow melon to produce biodiesel and to accomplish a study of the phase equilibrium of the system evolving biodiesel, methanol and glycerin. The biodiesel was obtained by oil transesterification through methylic route with molar ratio 1:9.7 (oil:alcohol) and with a mass of NaOH of 0.5% from the oil mass; the reaction time was 73 minutes at 55 ?C. A yield of 84.94% in biodiesel was achieved. The equilibria data present a well-characterized behavior with a great region of two phases. The tie lines indicate that methanol has a best solubility in the phase that is rich in glycerin. Consistency of the experimental data was made based on Othmer-Tobias and Hand correlations which values above 0.99 were found to correlation coefficients, this fact confers a good thermodynamic consistency to the experimental data. NRTL and UNIQUAC models were employed to predict liquid-liquid equilibrium of this system. It was observed a better concordance of the results when NRTL was applied (standard deviation 1.25%) although the UNIQUAC model has presented a quite satisfactory result either (standard deviation 2.70%). The NRTL and UNIQUAC models were also used to evaluate the effect of temperature in the range of 328 K to 358 K, in which a little change in solubility with respect to the data obtained at 298 K was observed, thus being considered negligible the effect of temperature / O Rio Grande do Norte, estado da regi?o Nordeste do Brasil, corresponde ao maior produtor e exportador do mel?o amarelo, tamb?m conhecido como mel?o espanhol. Apesar do consumo dessa fruta ser basicamente a polpa, a semente do mel?o ? uma importante fonte de lip?dios, sendo considerada res?duo industrial tem sido produto de descarte. O uso de sementes oleaginosas como fonte para a produ??o de biodiesel constitui-se numa importante mat?ria-prima e o incentivo da sua produ??o contribui para o desenvolvimento agr?rio da na??o. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho foi utilizar ?leo de semente de mel?o amarelo para produzir biodiesel e realizar um estudo de equil?brio de fases do sistema envolvendo biodiesel, metanol e glicerina. O biodiesel foi obtido pela transesterifica??o do ?leo atrav?s da rota met?lica na raz?o molar 1:9,7 (?leo:?lcool), usando uma massa de NaOH de 0,5% da massa de ?leo; o tempo de rea??o foi de 73 minutos a 328 K. Obteve-se uma taxa de convers?o de 84,94 % em biodiesel. Os dados de equil?brio apresentaram um comportamento bem caracterizado, com uma grande regi?o de duas fases. As linhas de amarra??o indicaram o metanol com uma solubilidade maior na fase rica em glicerina. A consist?ncia dos dados experimentais foi feita com base nas correla??es de Othmer-Tobias e Hand em que foram obtidos valores acima de 0,99 para os ?ndices de correla??o, conferindo uma boa consist?ncia termodin?mica aos dados experimentais. Os modelos NRTL e UNIQUAC foram utilizados para predizer o equil?brio l?quido-l?quido desse sistema, sendo observado uma melhor concord?ncia nos resultados quando NRTL foi empregado (desvio m?dio de 1,25%), embora o modelo UNIQUAC tamb?m tenha apresentado resultado bastante satisfat?rio (desvio m?dio de 2,70%). Os modelos NRTL e UNIQUAC ainda foram utilizados para avaliar o efeito da temperatura no intervalo de 328 K e 358 K, em que foi observada pouca varia??o na solubilidade em rela??o aos dados obtidos a 298 K, sendo assim considerado desprez?vel o efeito da temperatura