Em plantas de polimerização, uma das principais propriedades relacionadas à qualidade do produto é o índice de fluidez, ou MI. Esta propriedade é geralmente medida em laboratório, em intervalos de algumas horas. Por outro lado, as variáveis de processo estão disponíveis continuamente e são controladas com o objetivo de atingir as propriedades desejadas do produto. O desenvolvimento de um analisador virtual, que permita a estimação do MI de forma contínua, com base nestas variáveis medidas, pode levar a um melhor controle da qualidade do produto final. Este trabalho desenvolve um analisador virtual de MI para uma planta de polietileno de alta densidade (PEAD). Existem vários tipos de modelos que podem ser utilizados na implementação de um analisador virtual, assim como várias formas de correção on-line das suas estimativas. Este trabalho direciona especial atenção aos modelos semi-empíricos, e ao uso de um filtro de Kalman estendido (EKF) na correção das estimativas e dos parâmetros do modelo. O objeto de estudo desse trabalho foi um conjunto de produtos, cuja produção é realizada em dois reatores em série. Foram usados 21 conjuntos de dados representando diferentes períodos de operação da planta. Estes conjuntos de dados continham as principais variáveis de planta e os resultados de MI medidos em laboratório. A partir destes dados, foram estimados os parâmetros do modelo para cada reator. Também foi proposta e testada uma metodologia para a sintonia dos parâmetros do EKF. De posse dos modelos, do filtro e de seus respectivos parâmetros, foram gerados os resultados do analisador.

Com a crescente aplicação de reatores UASB no tratamento de efluentes, tornou-se necessário o melhor entendimento dos aspectos hidrodinâmicos, visto que a maioria dos estudos aborda somente a eficiência de remoção de matéria orgânica, sólidos e outros parâmetros, sendo escassas as informações sobre as características de fluxo deste sistema. Este trabalho apresenta os ensaios hidrodinâmicos e a análise dos parâmetros físico-químicos realizados na partida de um protótipo de reator UASB circular, que apresenta uma proposta de configuração interna, em relação aos separadores de fase, que busca uma melhor eficiência na remoção de sólidos. A proposta de projeto para a configuração interna consiste em adotar uma maior área de abertura de passagem da câmara de decantação, a fim de se obter menores velocidades de passagem. O protótipo apresenta três aberturas da câmara de decantação que foram numeradas de baixo para cima de 1 a 3. Na etapa 1 do estudo, operando com água, utilizou-se um traçador salino para determinar as velocidades de fluxo, internas à câmara de decantação, utilizando-se para isso, duas sondas de condutividade disposta a uma distância conhecida. Os resultados obtidos foram velocidades ascensionais médias de 1,33 m/h, 1,36 m/h e 1,23 m/h e velocidade de entrada na decantação de 1,99 m/h, 0,52 m/h e 0,36 m/h, para as aberturas 1, 2 e 3 respectivamente. Já na etapa II, com a partida do reator, foram realizados ensaios de estímulo-resposta para obter as curvas de distribuição do tempo de residência (DTR), e a partir destas, o tempo de residência médio, cujo valor obtido foi de 10,48 h; e o coeficiente de mistura igual a d = 0,124, o que caracteriza como um sistema de fluxo disperso. Também nesta etapa, foram realizadas análises físico-químicas do reator ao longo de 100 dias iniciais de operação; cujos resultados médios de eficiência, considerando-se o período de estabilidade, foram 65,7% e 70,3%, para DQO e SST. / The increasing application of UASB reactors for wastewater treatment requires better understanding of their hydrodynamic variables. Most studies have focused on contaminant removal, with less attention being given to the hydraulic characteristics of the flows. This research presents results from essays performed on a prototype UASB reactor with a new configuration for the gas-liquid-solid phase separator. The proposed configuration seeks to improve suspended solids removal by providing a larger area passage from the digestion to the clarification zone. The phase separator has three openings. In the first stage of the research, the reactor operated with clean water, spiked with salt. Two probes located at fixed distance monitored conductivity, allowing for velocity estimations within the clarifier and through the openings. The estimated velocities within the clarifiers were 1,33 m/h, 1,36 m/h, and 1,23 m/h, while velocities at the openings one, two, and three were 1,99 m/h, 0,52 m/h, and 0,36 m/h, respectively. In the second stage of the experiments, tracer response essays were performed to determine the Residence Time Distribution Curves, Mean Residence Time (MRT), and the Dispersion Number (d). The calculated MRT and d values were 10,48 h and 0,124, respectively. The dispersion number characterized moderate dispersion. In the second stage of the experiments, the prototype UASB reactor operated receiving effluent from a fullscale UASB reactor. Chemical oxygen demand (COD) and suspended solids (SS) were monitored during 100 days. Considering the period the reactor operated under steady conditions, COD and SS removals reached 65,7% and 70,3%. These values are in accordance with the expected removal efficiencies referred in the literature.

FREITAS, M. F. M. de. Produção de β-galactosidase por Kluyveromyces lactis NRRL Y1564 em soro de leite e imobilização em quitosana. 2013. 100 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2013-04-29T13:54:25Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_mfmdefreitas.pdf: 789302 bytes, checksum: 2471460e7196f0f3ab7fd34a98ff8396 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2013-04-29T17:50:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_mfmdefreitas.pdf: 789302 bytes, checksum: 2471460e7196f0f3ab7fd34a98ff8396 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-29T17:50:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_mfmdefreitas.pdf: 789302 bytes, checksum: 2471460e7196f0f3ab7fd34a98ff8396 (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / In this work, the enzyme β-galactosidase which catalyzes the hydrolysis of lactose to glucose and galactose, was produced by cultivating the micro-organism Kluyveromyces lactis NRRL Y1564 in whey supplemented with yeast extract. The enzyme is an intracellular metabolite, the release enzyme is very important, therefore were studied various chemical and mechanical methods of extraction and stirring with glass beads, sonication, addition of ethanol and toluene, noting also their effects on enzymatic activity. Subsequently, trials were carried out to study the influence of temperature (30, 34, 37 and 40 ° C) in the production of the enzyme from the cheese whey. In the enzyme extraction, using glass beads by a vórtex was more efficient method compared to others evaluated. The enzyme not presented inhibited or denatured when incubated with ethanol, toluene or ethanol-toluene. The optimum temperature for enzyme production by K. lactis NRRL Y1564 was 30 °C with enzymatic activity of 4418.37 U/g of cells at 12 h of fermentation. The enzyme produced was immobilized on chitosan 2.0% w/v. Different activation protocols using glutaraldehyde, epichlorohydrin or glycidol were evaluated. Was also studied, the contact time the enzyme-carrier (3, 5, and 10 hours) to obtain a biocatalyst to produce high yield, recovered activity and half-life in order to hydrolysis of lactose in batch reactor and fixed bed. The influence of temperature and pH on the hydrolysis of lactose was evaluated using as substrate a synthetic solution (lactose 5.0% (w/v) in potassium phosphate buffer 100 mM with 0.1 mM MnCl2) and skimmed milk containing 4.3% w/v lactose. The support shows better results in the parameters of immobilization was chitosan 2% actived with glutaraldehyde and contact time of 5 hours. The biocatalyst produced in this study showed a stability factor of 17.37 and a storage stability of 100% when stored at 4 °C for 90 days. Temperature optimum hydrolysis of lactose was 40 °C and the optimal pH 7.0. The conversion of lactose to 40 °C for this derivative (3.0 U/g) was on average 53% in 10 cycles (consecutive batches). In batch reactor, the conversion to glucose by the hydrolysis of lactose using synthetic solution was approximately 86% for the soluble enzyme (3.8 U/mL) and 83% of the immobilized enzyme (3.8 U/g). The conversion obtained in the hydrolysis of skim milk was 17% for the soluble enzyme and 20% for the immobilized enzyme. / Neste trabalho, a enzima β-galactosidase, que catalisa a hidrólise da lactose em glicose e galactose, foi produzida pelo cultivo do micro-organismo Kluyveromyces lactis NRRL Y1564 em soro de leite suplementado com extrato de levedura. A enzima é um metabólito intracelular, sendo a liberação da enzima para o meio uma condição essencial, por isso estudaram-se diferentes métodos químicos e mecânicos de extração como, agitação com pérolas de vidro, ruptura em ultrassom com pérolas de vidro, adição de etanol e tolueno, observando também, seus efeitos na atividade enzimática. Posteriormente, realizaram-se ensaios para estudar a influência da temperatura (30, 34, 37 e 40 °C) na produção da enzima a partir do soro de queijo. Na extração da enzima, o uso de esferas de vidro em vórtex foi o método mais eficiente quando comparado com os outros avaliados. A enzima, não sofreu inibição ou desnaturação quando incubadas com etanol, tolueno ou etanol-tolueno. A temperatura ótima de produção da enzima por K. lactis NRRL Y1564 foi 30 °C, com atividade enzimática de 4418,37 U/g de células em 12 h de fermentação. A enzima produzida foi imobilizada em quitosana 2,0% m/v. Diferentes protocolos de ativação usando glutaraldeído, epicloridrina ou glicidol foram avaliados. Estudou-se também, o tempo de contato enzima-suporte (3, 5 e 10 horas) a fim de se obter um biocatalisador que apresentasse alto rendimento, atividade recuperada e tempo de meia-vida, visando a hidrólise da lactose em reator batelada e leito fixo. A influência da temperatura e do pH na hidrólise da lactose foi avaliada, usando como substrato uma solução sintética (lactose 5,0% (m/v) e leite desnatado, contendo 4,3% m/v de lactose. O suporte que apresentou melhores resultados nos parâmetros de imobilização foi a quitosana 2% reticulada com glutaraldeído no tempo de imobilização de 5 horas. O biocatalisador produzido nesse estudo apresentou um fator de estabilidade de 17,37 vezes maior que a enzima solúvel, com uma estabilidade de armazenamento de 100% quando armazenada a 4 °C por 90 dias. A temperatura ótima de hidrólise da lactose foi de 40 °C e o pH ótimo foi 7,0 . A conversão da lactose a 40 °C para este derivado (3,0 U/g) foi em média 53% em 10 ciclos (bateladas consecutivas). Em reator batelada, a conversão em glicose a partir da hidrólise da lactose, usando solução sintética, foi aproximadamente 86 % para a enzima solúvel (3,8 U/mL) e 83 % para a enzima imobilizada (3,8 U/g). A conversão obtida na hidrólise do leite desnatado foi de 17 % para a enzima solúvel e 20 % para a enzima imobilizada.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2014-07-28T18:06:08Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO FINAL.pdf: 2930897 bytes, checksum: 9239e65ba6c9a32c9c27954d984b412d (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2014-07-28T18:06:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO FINAL.pdf: 2930897 bytes, checksum: 9239e65ba6c9a32c9c27954d984b412d (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-28T18:06:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO FINAL.pdf: 2930897 bytes, checksum: 9239e65ba6c9a32c9c27954d984b412d (MD5) / Um sistema de tratamento de esgoto sanitário, em escala real, composto por reator UASB seguido de wetlands construídos de fluxo horizontal subsuperficial foi avaliado quanto ao comportamento, eficiências de remoção de poluentes e seus aspectos operacionais. O processo foi estudado em duas etapas caracterizadas pela presença e ausência da recirculação do efluente final em duas unidades de wetlands construídos plantadas com diferentes espécies de macrófitas. As faixas de valores das concentrações efluentes dos parâmetros analisados foram: matéria orgânica medida como DQO, 26 a 96 mgO2/L; Sólidos em Suspensão Totais, 2 a 29 mg/L; Sólidos em Suspensão Voláteis, 0 a 27 mg/L; Nitrogênio Total Kjedhal, 17,9 a 72,8 mg/L; nitrogênio amoniacal, 15,4 e 58,8 mg/L; P-PO43-: 3,9 a 9,4 mg/L; fósforo total, 5,6 a 8,5 mg/L; Coliformes Termotolerantes: 104 a 105 NMP/100mL e Coliformes Totais: 105 a 106 NMP/100mL. A aplicação do teste não paramétrico de Wilcoxon-Mann-Whitney em nível de significância igual a 5% mostrou que não houve diferença significativa entre o desempenho de remoção de poluentes durante as duas etapas da pesquisa, nem entre as unidades plantadas com macrófitas distintas. O presente estudo mostrou que wetlands construídos de fluxo horizontal subsuperficial tratando o efluente de reator UASB são capazes de atender a maioria dos padrões de lançamento preconizados na legislação ambiental vigente. O estudo, também, permitiu concluir que há necessidade de uma operação intensa e contínua para se garantir condições adequadas de funcionamento de tais sistemas. / A wastewater treatment system in real scale, consisting of UASB reactor followed by constructed wetlands of subsurface horizontal flow was evaluated. The process was studied in two stages characterized by the presence and absence of recirculation of final effluent into two units planted with different macrophytes. The ranges of values of the effluent concentrations of the analyzed parameters were : organic matter measured as COD, 26-96 mgO2.L-1, total suspended solids: 2-29 mg.L-1, volatile suspended solids: 0-27 mg.L-1, total nitrogen: 17.9 to 72.8 mgN.L-1, ammonia nitrogen: 15.4 and 58.8 mg NH3-N.L-1, soluble phosphorus 3.9 to 9.4 mg PO43--P.L-1, thermotolerant coliforms: 104-105 NMP/100mL and total coliforms: 105-106 NMP/100mL. The application of non-parametric Wilcoxon-Mann-Whitney test at a significance level of 5% showed no significant difference between the performance of pollutant removal during the two stages of the research or units planted with different macrophytes. The present study showed that constructed wetlands of subsurface horizontal flow treating the effluent from UASB reactors are able to meet most of the standards recommended in Brazilian environmental regulations. The study also concluded that there is need for intensive and continuous operation to ensure proper conditions of operation of such systems.

Submitted by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-04-07T18:44:44Z No. of bitstreams: 1 diss_renato_souto.pdf: 4001592 bytes, checksum: 96958c58e808ab2178d4298b5995c41d (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-04-07T18:44:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 diss_renato_souto.pdf: 4001592 bytes, checksum: 96958c58e808ab2178d4298b5995c41d (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-04-07T18:45:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 diss_renato_souto.pdf: 4001592 bytes, checksum: 96958c58e808ab2178d4298b5995c41d (MD5) / Made available in DSpace on 2014-04-07T18:45:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 diss_renato_souto.pdf: 4001592 bytes, checksum: 96958c58e808ab2178d4298b5995c41d (MD5)

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:09:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2633_Dissertação, Subtil, E.L - FINAL.pdf: 3237230 bytes, checksum: f6812f817e7ac05f29389f57827b5b0b (MD5) Previous issue date: 2007-06-28 / sulfeto pelas Bactérias Redutoras de Sulfato (BRS) através de um processo denominado redução desassimilatória do íon SO42-.Em geral, a redução de sulfato em sistemas anaeróbios destinados ao tratamento de esgotos sanitários é um processo considerado indesejável, dado que a formação de sulfeto causa uma série de problemas como toxicidade, corrosão, odor, aumento da DQO efluente, além de diminuir a qualidade e quantidade do biogás. No presente trabalho, avaliou-se a redução de sulfato e sua relação com a geração de sulfeto dissolvido (S2-, HS- e H2S) em um reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB) tratando esgoto sanitário em escala real. O reator operou com uma vazão afluente de 86,4 m3.d-1 e uma Carga Orgânica Volumétrica de 0,73 Kg DQOtotal/m3.d. Os valores médios no afluente do reator da Demanda Química de Oxigênio (DQO) total e filtrada, sulfato, sulfeto e Número Mais Provável (NMP) de BRS foram, respectivamente, 235 mg O2/L, 168 mg O2/L, 151 mg SO4 2-/L, 1,4 mg S2-/L e 1,2 x 105 NMP BRS/mL. A Eficiência de remoção de DQO total foi de 53% e de DQO filtrada igual a 49%. Durante todo o experimento foi verificada redução de sulfato no reator, com uma redução média de 24%. No entanto, a concentração de sulfeto dissolvido no reator não foi superior 5,0 mg/L, não representando risco à metanogênese. A biomassa de BRS no reator foi de 7,6 x 105 NMP/mL e a DQO consumida por essas bactérias representaram 13% da DQO total removida. O modelo cinético de primeira ordem apresentou-se bem ajustado para descrever as velocidades globais de consumo de sulfato e produção de sulfeto, com valores de K1 para sulfato igual a - 0,064 h-1 e 0,276 h-1 para sulfeto dissolvido. Os coeficientes de correlação para os dados de sulfato e sulfeto estiveram acima dos 92% e a reprodução dos dados foram boas, sendo as taxas máximas para redução de sulfato e produção de sulfeto dissolvido de 9,67 mg SO4 2-/L.h-1 e 1,03 mg S2-/L.h-1 respectivamente.

Dissertação (mestrado) - Univerisdade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciencias Fisicas e Matematicas / Made available in DSpace on 2016-01-08T19:46:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 100040.pdf: 6840975 bytes, checksum: 4ece1374fac193f822df33e307c25a45 (MD5) Previous issue date: 1995 / Aplicação de uma técnica de controle preditivo-adaptativo baseada em modelos linearizados do processo a um reator de polimerização que opera em regime de bateladas. Primeiramente apresenta uma revisão de controle de reatores em batelada e de controle preditivo e adaptativo. Em seguida, descreve o algoritmo utilizado, conhecido como GPC (Generalized Predictive Controller), e sua implementação. Posteriormente, descreve a unidade experimental utilizada e analisa os resultados de controle obtidos. Os testes são realizados com o reator operando somente com água e com a reação de polimerização do estireno em suspensão. Conclui que, apesar da complexidade deste tipo de processo, o controlador utilizado é viável para o seu controle, apresentando bom desempenho, tanto para mudanças de ponto de operação (problema servo) quanto para rejeitar as perturbações que ocorrem durante a reação (problema regulador). São recomendadas também algumas regras para o ajuste dos parâmetros do GPC.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2013-03-04T19:55:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 304293.pdf: 2588083 bytes, checksum: b45e1c8dc9dbf7efc99c15e78e02ce13 (MD5) / A queima de combustíveis fósseis tem liberado uma grande quantidade de poluentes na atmosfera. Entre os mais nocivos encontra-se o dióxido de enxofre (SO2), que ao reagir com a umidade do ar se transforma em ácido sulfúrico, sendo, portanto, o causador da chuva ácida. A chuva ácida é extremamente prejudicial para a fauna e flora; acelera os processos de corrosão de prédios e monumentos; e gera graves problemas de saúde para o ser humano. Em vista disso, muitos países têm reformulado sua legislação a fim de exigir a comercialização de combustíveis com teores baixíssimos de enxofre. Os processos de dessulfurização existentes não são capazes de remover o enxofre a níveis tão baixos. Por isso, tem-se desenvolvido um novo processo denominado biodessulfurização. Nesse processo, a degradação do enxofre se dá através da ação de micro-organismos que atuam como catalisadores. A bactéria Rhodococcus erythropolis vem despontando como uma das mais promissoras na biodessulfurização, pois remove o enxofre dos organossulfurados sem quebrar os anéis benzênicos, mantendo assim o potencial energético dos mesmos. Nesse trabalho buscou-se analisar a capacidade da cepa nacional Rhodococcus erythropolis ATCC4277 de dessulfurizar o dibenzotiofeno e o óleo diesel A S1800 em reator descontínuo utilizando concentrações de fase orgânica (n-dodecano ou diesel) de 20, 80 e 100% (v/v). O R. erythropolis ATCC4277 não foi capaz de degradar os compostos de enxofre presentes no óleo diesel A S1800, no entanto, foi capaz de degradar o DBT em 93,3, 98,0 e 95,5% quando na presença de 20, 80 e 100% (v/v) de n-dodecano, respectivamente. Através dos resultados obtidos neste trabalho concluiu-se que as melhores condições para realizar o processo de dessulfurização do DBT em reator descontínuo pelo R. erythropolis ATCC4277 é utilizando 80% (v/v) de n-dodecano como fase orgânica, o pH do meio fermentativo variando entre 6,5 e 7,5 e conduzí-lo sob em uma faixa de temperatura entre 25 e 30°C. / For decades the burning of fossil fuels released a lot of pollutants in the atmosphere. Among the most harmful is sulfur dioxide (SO2), which reacts with the moisture in the air and turns into sulfuric acid,being the main cause of acid rain. Acid rain is very harmful to animal and plant kingdoms; accelerates the corrosion'sprocesses of buildings and monuments, and causes serious health problems for humans. As a result, many countries have reformed their legislation to require the sale of fuels with very low sulfur content. The existing processes of desulfurization are not capable of removing sulfur so low. Therefore, there has developed a new process called biodesulfurization. In this process, the degradation of sulfur occurs through the action of microrganisms that act as catalysts. The bacterium Rhodococcuserythropolis has emerged as one of the most promising for biodesulfurizationbecause it removes the sulfurwithout breaking the benzene rings, thereby maintaining the potential energy of the same. In this study we sought to examine the capacity of national Rhodococcuserythropolis strain ATCC4277 desulfurizing of the dibenzothiophene and diesel A S1800 in the batch reactor using concentrations of organic phase (n-dodecane or diesel) of 20, 80 and 100% (v/v). R. erythropolis ATCC4277 was not able to degrade the sulfur compounds present in diesel A S1800, but was capable of degrading DBT in 93.3, 98.0 and 95.5% in the presence of 20, 80 and 100% (v/v) of n-dodecane, respectively. Based in the results obtained in this study, it was concluded that the best conditions to perform the process of desulfurization of DBT in the batch reactor with R. erythropolis ATCC4277 is using 80% (v/v) of n-dodecane as organic phase, the pH of the fermentation medium ranging between 6.5 and 7.5 and drive it on in a temperature range between 25 and 30 °C.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:09:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308800.pdf: 2051320 bytes, checksum: 5c929ddb77ce3de04ee2dc000f178e7b (MD5) / O impacto ambiental devido ao uso de combustíveis fósseis e as questões políticas envolvendo seu uso tem impulsionado a busca por combustíveis derivados da biomassa. Desta forma, o biodiesel tem aparecido nesse contexto com o objetivo de substituir, parcialmente ou totalmente, a utilização de combustíveis derivados de petróleo. O biodiesel é definido como uma mistura de ésteres obtidos principalmente a partir da reação de triglicerídeos e álcool. A reação mais comumente utilizada para sua síntese é a transesterificação. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo multifísico, empregando o método de elementos finitos, para a produção de biodiesel em reator tubular, considerando escala laboratorial e industrial. A reação de transesterificação foi idealizada segundo uma proporção molar de 1:5 (óleo de colza:metanol), considerando catalisador básico, juntamente com um modelo cinético completo, incluindo as reações diretas e reversas. Foram estudados aspectos da transferência de massa, calor e quantidade de movimento ao longo do reator. Foi analisado o efeito da presença do meio poroso e da prática de mistura prévia dos reagentes à injeção no reator, juntamente com o efeito da perda de calor por fluxo convectivo nas paredes do reator. Verificou-se que a reação do óleo de colza e metanol é muito rápida, atingindo altas conversões (99,44%) em poucos minutos de reação. Com relação à cinética reacional da produção de biodiesel, os dados obtidos por meio do modelo desenvolvido foram validados com dados experimentais da literatura, obtendo-se boa concordância entre estes e o modelo. Verificou-se que o reator tubular estudado possui comportamento teórico de um Reator Perfeitamente Misturado, apresentando um grande desvio do ideal Plug Flow. Constatou-se a partir do Planejamento Fatorial 23 que as variáveis temperatura e razão molar (metanol:triglicerídeo) são significativas com relação à conversão em biodiesel, juntamente com a interação entre elas, sendo seus efeitos positivos, ou seja, quanto maiores os valores para tais variáveis, maior será a conversão em biodiesel obtida. O modelo de regressão ajustado apresentou um excelente coeficiente de determinação, podendo ser empregado para fins preditivos. A utilização da plataforma multifísica para a simulação por meio do método de elementos finitos se mostrou uma ferramenta valiosa para o estudo da produção de biodiesel em sistemas contínuos, nos quais se pode colocar em evidência aspectos fenomenológicos do escoamento reativo. Tal estudo é importante por fornecer parâmetros que podem ser empregados para descrever o sistema reacional e auxiliar no projeto e otimização de reatores tubulares, visando condições ótimas de operação. / The environmental impacts due to the use of fossil fuels and the political issues surrounding its use have driven the search for fuels derived from biomass. Thus, biodiesel has appeared in this context in order to replace partially or totally the use of petroleum fuels. Biodiesel is defined as a mixture of esters derived mainly from the reaction of triglycerides and alcohol. The reaction most commonly used for their synthesis is the transesterification. This work aims to develop a multiphysics model using the finite element method for biodiesel production in tubular reactor considering laboratorial and industrial scale. The transesterification reaction was idealized according a molar ratio of 1:5 (rapeseed oil: methanol), considered basic catalyst, together with a complete kinetic model, including direct and reverse reactions. Aspects of mass transfer, heat and momentum along the reactor was studied. The effect of the presence of the porous medium and the mixing process of reactants prior to the injection into the reactor, together with the effect of heat loss by convective flows in the walls of the reactor were analyzed. It was found that the reaction of rapeseed oil and methanol was very fast, reaching high conversions ratio (99.44%) in a few minutes of reaction. About the reactional kinetics for the biodiesel production, the data obtained through the developed model was validated with experimental data from the literature, obtaining good agreement between these and the model. It was found that the studied tubular reactor has the same theoretical behavior of a Perfectly Mixed Reactor with a large deviation from the ideal Plug Flow. It was found from the Factorial Design 23 that the variable of temperature and molar ratio (methanol:triglyceride) are significant in relation to the biodiesel conversion, along with the interaction between them and its positive effects, that is, the higher the values for these variables, the greater the conversion of the biodiesel obtained. The adjusted regression model showed an excellent coefficient determination. It can be used for predictive purposes. The use of the multiphysics platform for the simulation using the finite element method has proved a valuable tool for studying the production of biodiesel in continuous systems, in which bringing to light phenomenological aspects of the reactive flow. This study is important to provide parameters that can be used to describe the reaction system and assist in the design and optimization of tubular reactors, aiming at optimal operating conditions.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:10:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308801.pdf: 1976757 bytes, checksum: b5a2445e9b2a81ddaa151f843a82341d (MD5) / Reatores agitados mecanicamente são amplamente usados na indústria química para promover diversos tipos de processos, tais como dissolução, dispersão, reações homogêneas ou heterogêneas. Apesar de todo avanço obtido nos últimos 50 anos, seu projeto e otimização ainda é baseado somente em correlações empíricas e semi-empíricas, o que demanda um grande número de experimentos. Invariavelmente, os experimentos envolvem altos custos. De forma a tentar reduzir tais custos, ferramentas computacionais vêm sendo usadas. Como o desempenho deste tipo de equipamento é calcado no escoamento gerado no seu interior a escolha por técnicas de dinâmica dos fluidos computacional (CFD) é natural. Através de modelos CFD é possível obter o padrão de escoamento sem incorrer em suposições sobre a geometria como nas correlações empíricas. Neste trabalho, modelos CFD são aplicados em tais sistemas, de forma a alcançar o objetivo principal do estudo que foi investigar a razão que leva à diminuição do diâmetro das partículas com o aumento do espaço entre o fundo do reator e o impelidor. O modelo de turbulência tem papel preponderante, principalmente, em sistemas sem chicanas onde a componente tangencial da velocidade é predominante. Modelos de turbulência recentes foram avaliados em diversas configurações geométricas e operacionais. Após verificação de modelos o sistema utilizado por PINTO (2006) no Laboratório de Controle de Processos do Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos da UFSC foi investigado para avaliar o motivo porque o diâmetro médio de gotas diminui com o aumento do espaço livre entre o agitador e o fundo do tanque (clearance).Os resultados indicam que ao se concentrar na região acima do agitador a fase orgânica experimenta maior concentração da dissipação de energia cinética turbulenta e consequentemente maior quebra. / Stirred tank reactors are widely used in the chemical industry to promote several types of processes such as dissolution, dispersion, homogeneous or heterogeneous reactions. Despite all progress made in the last 50 years, its design and optimization is still based only on empirical and semi-empirical correlations which requires eventually a large number of experiments that involve high costs. aiming to reduce such costs, computational tools have been used. As the performance of such equipment is centered in the flow generated inside reactor the choice of techniques for computational fluid dynamics (CFD) is natural. Through CFD models is possible to obtain the flow pattern without incurring any assumptions about the geometry and the empirical correlations. In this study, CFD models are applied in such systems to reach the main goal of this investigation: why droplet mean diameter decreases with the increase of the clearance? Among several points to be investigated, the turbulence model plays a major role especially in systems without baffles where the tangential component of velocity is predominant. Recent turbulence models have been evaluated in various geometric and operating configurations. After verification of the model with experimental data, the system used by PINTO (2006) in Process Control Laboratory of the Chemical and Food Engineering Department of UFSC have been investigated to assess the reason why the average drop diameter decreases with increasing clearance between the stirrer and the tank bottom. One can conclude from the results that the concentration of the organic phase in the region above the agitator experiences higher concentration of turbulent kinetic energy dissipation and consequently greater breakage.