As doenças cardiovasculares (DCVs) são um grupo de desordens do coração e dos vasos sanguíneos capazes de causar ataques cardíacos e acidentes vasculares cerebrais, eventos geralmente agudos oriundos principalmente de bloqueios que impedem o sangue de fluir para o coração ou o cérebro. Proteases fibrinolíticas são agentes que degradam a fibrina, principal componente de trombo sanguíneo, capazes de evitar e tratar DCVs. Fungos filamentosos têm se mostrado uma boa alternativa para a produção de enzimas fibrinolíticas, dentre esses os fungos da divisão dos zigomicetos. A cepa UCP 1262 do zigomiceto Mucor subtilissimus foi estudada com o objetivo geral de produzir protease com atividade fibrinolítica com base em trabalhos publicados em fermentação em estado sólido (FES) e cultivo submerso com a mesma cepa. Foram realizados cultivos submersos desta cepa em frascos agitados e em 2 diferentes biorreatores, com determinação da cinética de crescimento, consumo de glicose e produção de enzima. O meio utilizado foi o MS-2, com farelo de trigo como fonte de nitrogênio e glicose como fonte preferencial de carbono. A FES com a mesma fonte de nitrogênio e o cultivo submerso em diferentes condições de taxa de inóculo, pH e agitação deste estudo foram comparados, assim como duas metodologias diferentes para dosagem de concentração de biomassa, gravimetria e ergosterol. As maiores concentrações de atividade fibrinolítica e produtividade volumétrica obtidas foram de, respectivamente, 12,0 U/mL e 0,22 U/(mL.h), 92% e 89% menores, respectivamente, do que o valor reportado em FES. O valor de ?Xmax foi calculado com base no perfil de biomassa, glicose e produção de CO2 e não apresentou correlação com a produção da enzima. A maior simplicidade operacional e os dados de rendimento obtidos indicam que a FES é uma alternativa melhor para a produção dessa enzima com esta cepa. O zigomiceto Mucor subtilissimus demonstrou ser muito difícil de ser cultivado em sistemas submersos com o meio MS-2, em especial pela sua morfologia e aderência ao biorreator. / Cardiovascular diseases (CVDs) are a group of heart and blood vessels disorders capable of causing heart attacks and strokes, usually acute events caused mainly by blockages that prevent blood from flowing to the heart and brain. Fibrinolytic proteases are agents that degrade fibrin, the major component of blood thrombus. Filamentous fungi were shown to be a good alternative for the production of fibrinolytic enzymes, among them fungi of the zygomycetes division. The UCP 1262 strain of the zygomycete Mucor subtilissimus was studied with the general objective of producing protease with fibrinolytic activity based on published works on solid state fermentation (SSF) and submerged culture with the same strain. Submerged cultures of this strain were carried out in shaken flasks and in 2 different bioreactors, with determination of growth kinetics, glucose consumption and enzyme production. The medium used was MS-2, with wheat bran as the nitrogen source and glucose as the preferred carbon source. The SSF with the same nitrogen source and the submerged culture under different inoculum ratios, pH and agitation conditions of this study were compared, as well as two different methodologies for biomass, gravimetry and ergosterol dosage. The highest concentration of fibrinolytic activity and volumetric productivity obtained were, respectively, 12.0 U/mL and 0.22 U/(mL.h), 92% and 89% lower, respectively, than the value reported in SSF. The value of ?Xmax was calculated based on the biomass concentration, glucose and CO2 production profile and showed no correlation with the enzyme production. The greater operational simplicity and yield data obtained indicate that SSF is a better alternative for the production of this enzyme with this strain. The zygomycete Mucor subtilissimus showed to be very difficult to cultivate in submerged culture with the MS-2 medium, especially for its morphology and adherence to the bioreactor.

Esta tese propõe uma nova estratégia de controle adaptativo paralelo neural em que uma única rede neural é usada para identificar e controlar simultaneamente uma planta. A idéia por trás dessa estratégia de controle adaptativo é compensar a entrada de controle gerada por um controlador retroalimentado convencional. O processo de treinamento da rede neural é realizado através de duas técnicas: backpropagation e filtro de Kalman estendido. Adicionalmente, a convergência do erro de identificação é analisada através do segundo método de Lyapunov. O desempenho da estratégia proposta é avaliado através de simulações com plantas lineares e não-lineares, comparação com outras técnicas de controle adaptativo que usam redes neurais e uma aplicação em tempo real desenvolvida no processo térmico PT-326 disponível no ITA-IEES. É considerado também o problema de se controlar um reator contínuo perfeitamente agitado, que é um sistema padrão tipicamente utilizado para o teste de novas estratégias de controle.

Foi desenvolvido modelo matemático para o processo de produção de álcoois etoxilados em um reator batelada com spray da fase líquida na fase gasosa. O modelo considera a cinética da polimerização iônica e a transferência de massa de óxido de eteno entre as fases gasosa e líquida. A cinética foi estudada a partir de dados previamente obtidos em laboratório. Para modelagem da transferência de massa, foram utilizados dados de bateladas industriais. Foram testados vários modelos de transferência de massa encontrados na literatura, sendo que o modelo que se mostrou mais adequado para este reator industrial foi o de gotas com circulação interna. A partir do modelo obtido da cinética e da transferência de massa, foi analisada a influência de parâmetros de projeto, como a vazão de recirculação de líquido, a relação entre a altura e o raio do reator e o tipo de spray na produtividade deste. Observou-se que a maior vazão de recirculação aumenta a produtividade do reator, assim como o aumento da altura do reator. O tipo e o diâmetro da gota do spray também influenciam a produtividade do reator. / A mathematical model for the production of ethoxylated alcohols in a spray tower loop reactor was developed. The model considers the reaction as an ionic polymerization and the ethylene oxide mass transfer from the vapor phase to the liquid phase. The kinetics was obtained from a laboratory scale reactor data. The mass transfer model was obtained from the industrial reactor data. Several models for the mass transfer of ethylene oxide from gas phase to the liquid droplets were tested, and it was found that the most appropriate mass transfer model for this industrial reactor was the internally well-mixed drop model. From the kinetics and the mass transfer model, the influence of the pump recirculation flow rate, the ratio between the reactor height and radius and the spray performance was analyzed. The results show that higher reactor productivity can be obtained using higher recirculation flow and higher reactor height. The spray nozzle performance and the drop diameter also influence the reactor productivity.

Efluentes contendo resíduos perigosos ou substâncias orgânicas recalcitrantes são geradas em uma ampla variedade de processos industriais. O manejo inadequado destes efluentes pode causar contaminação das águas superficiais e subterrâneas. O seu tratamento por processos convencionais muitas vezes não é eficiente, por vezes impedindo o despejo ou reutilização de águas em unidades industriais. Os processos oxidativos avançados têm sido o foco de vários estudos em busca de alternativas viáveis para o tratamento de águas residuais contendo contaminantes orgânicos tóxicos, ou recalcitrantes. No presente estudo, o processo foto-Fenton é abordado, com a utilização de luz solar como fonte de fótons. O estudo consistiu de uma etapa de experimentos em um reator solar provido de coletores parabólicos compostos (CPC), ligados a um tanque agitado equipado com lâmpadas elétricas. Este sistema de operação foi utilizado em diferentes configurações, como operação em batelada ou contínuo, com variação de área irradiada por luz solar e com variação da potência total das lâmpadas no tanque. Na maior parte dos experimentos, com o reator operando em regime batelada, mais de 90% do carbono orgânico dissolvido (COD) foi removido em menos de 3 horas de irradiação solar, um desempenho equivalente ao de reatores baseados em fontes de luz artificial. Os dados experimentais foram usados no ajuste de modelos matemáticos empíricos baseados em redes neurais para simulação da taxa de remoção de COD em função das condições experimentais. Este modelo foi combinado com balanços de massa, que permite simular o desempenho do reator para diferentes valores das variáveis operacionais e de projeto. Os resultados das simulações do modelo mostraram boa concordância com os dados experimentais para a maioria dos casos. Além de evidenciar a relação entre as variáveis de processo, os resultados obtidos possibilitam identificar aspectos importantes no projeto de reatores baseados em radiação solar para tratamento de efluentes. / Wastewaters containing hazardous, or recalcitrant organic substances are generated in a wide variety of industrial processes. The inadequate management of these effluents can cause contamination of underground and surface water. Their treatment by conventional processes may not be technically efficient, and usually prevents effluents from being discarded or reused in industrial processing units. Photochemical advanced oxidation technologies can be a feasible alternative for wastewater treatment. In this study the photo-irradiated Fenton process is considered, with the aim of utilizing solar radiation as a photon source to the process. The study comprised experiments carried out in a solar reactor based on compound parabolic collectors (CPC) connected to a stirred tank equipped with electric lamps. This reaction system operated under different conditions, and different configurations (continuous and batch operation, different solar irradiated area, different electric power for the light sources in the stirred tank). In general, the performance of the solar reactor was similar to the performance of reactors based on electric light sources (for instance, in batch operation more than 90% of the dissolved organic carbon in solution (DOC) was removed in less than 3 hours). The experimental results were used to fit a neural network-based mathematical model to simulate the DOC removal rate as a function of the experimental conditions. This model was combined with mass balances, enabling to simulate the reactor performance for different values of the operating and design variables. The model results showed good agreement with most of the experiments. The simulation results enabled to evaluate the effect of the variables included in the study, and to identify important aspects related to reactor performance under different conditions of solar radiation and electric energy sources.

As doenças cardiovasculares (DCVs) são um grupo de desordens do coração e dos vasos sanguíneos capazes de causar ataques cardíacos e acidentes vasculares cerebrais, eventos geralmente agudos oriundos principalmente de bloqueios que impedem o sangue de fluir para o coração ou o cérebro. Proteases fibrinolíticas são agentes que degradam a fibrina, principal componente de trombo sanguíneo, capazes de evitar e tratar DCVs. Fungos filamentosos têm se mostrado uma boa alternativa para a produção de enzimas fibrinolíticas, dentre esses os fungos da divisão dos zigomicetos. A cepa UCP 1262 do zigomiceto Mucor subtilissimus foi estudada com o objetivo geral de produzir protease com atividade fibrinolítica com base em trabalhos publicados em fermentação em estado sólido (FES) e cultivo submerso com a mesma cepa. Foram realizados cultivos submersos desta cepa em frascos agitados e em 2 diferentes biorreatores, com determinação da cinética de crescimento, consumo de glicose e produção de enzima. O meio utilizado foi o MS-2, com farelo de trigo como fonte de nitrogênio e glicose como fonte preferencial de carbono. A FES com a mesma fonte de nitrogênio e o cultivo submerso em diferentes condições de taxa de inóculo, pH e agitação deste estudo foram comparados, assim como duas metodologias diferentes para dosagem de concentração de biomassa, gravimetria e ergosterol. As maiores concentrações de atividade fibrinolítica e produtividade volumétrica obtidas foram de, respectivamente, 12,0 U/mL e 0,22 U/(mL.h), 92% e 89% menores, respectivamente, do que o valor reportado em FES. O valor de ?Xmax foi calculado com base no perfil de biomassa, glicose e produção de CO2 e não apresentou correlação com a produção da enzima. A maior simplicidade operacional e os dados de rendimento obtidos indicam que a FES é uma alternativa melhor para a produção dessa enzima com esta cepa. O zigomiceto Mucor subtilissimus demonstrou ser muito difícil de ser cultivado em sistemas submersos com o meio MS-2, em especial pela sua morfologia e aderência ao biorreator. / Cardiovascular diseases (CVDs) are a group of heart and blood vessels disorders capable of causing heart attacks and strokes, usually acute events caused mainly by blockages that prevent blood from flowing to the heart and brain. Fibrinolytic proteases are agents that degrade fibrin, the major component of blood thrombus. Filamentous fungi were shown to be a good alternative for the production of fibrinolytic enzymes, among them fungi of the zygomycetes division. The UCP 1262 strain of the zygomycete Mucor subtilissimus was studied with the general objective of producing protease with fibrinolytic activity based on published works on solid state fermentation (SSF) and submerged culture with the same strain. Submerged cultures of this strain were carried out in shaken flasks and in 2 different bioreactors, with determination of growth kinetics, glucose consumption and enzyme production. The medium used was MS-2, with wheat bran as the nitrogen source and glucose as the preferred carbon source. The SSF with the same nitrogen source and the submerged culture under different inoculum ratios, pH and agitation conditions of this study were compared, as well as two different methodologies for biomass, gravimetry and ergosterol dosage. The highest concentration of fibrinolytic activity and volumetric productivity obtained were, respectively, 12.0 U/mL and 0.22 U/(mL.h), 92% and 89% lower, respectively, than the value reported in SSF. The value of ?Xmax was calculated based on the biomass concentration, glucose and CO2 production profile and showed no correlation with the enzyme production. The greater operational simplicity and yield data obtained indicate that SSF is a better alternative for the production of this enzyme with this strain. The zygomycete Mucor subtilissimus showed to be very difficult to cultivate in submerged culture with the MS-2 medium, especially for its morphology and adherence to the bioreactor.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissMF.pdf: 1677378 bytes, checksum: 5f2c8e8509c97ea1775dbbda2508174b (MD5) Previous issue date: 2005-03-23 / Universidade Federal de Minas Gerais / This work studied the horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) for the treatment of wastewater, developed in the Department of Hydraulics and Sanitation of the School of Engineering of São Carlos - USP. For the simulation and modeling of RAHLF, data of two HAIB were used, and; when the regime is the dynamic, one in bench scale treating wastewater containing poisonous substances (BTEX) and when the regime is the stationary, other in pilot scale treating sewer sanitarium. The study was divided in two parts: stationary regime and transient regime. In the first case the models were analyzed: pseudo - homogeneous with and without axial dispersion and the heterogeneous with axial dispersion; in the second case, the models were analyzed: pseudo - homogeneous and heterogeneous. The models of the first case were resolved respectively for the numeric methods of Runge - Kutta, of the finite differences and of the orthogonal collocation. In those models, when if it despised the axial dispersion the kinetic constant of first order was adjusted. Already in the other two models acted in this same case, they were adjusted the kinetic constant of first order and the coefficient of axial dispersion simultaneously. All of the methods numeric employees in the first case described the tendency of variation of the concentration well along the reactor and inside the particle, making possible the convergence of the solutions. The models without axial dispersion foresaw concentration values in the exit closest of the experimental values than the models with dispersion, and this, for his/her time foresaw closer values to the experimental ones in the intermediate points. In the second case, the models were solved through two methods, the method of the finite differences and the method of the sequence. The methods got to solve the equations that describe the behavior of the reactor satisfactorily and they show that the answer of the exit in the reactor is appropriately made calculations. / Este trabalho estudou o reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) para o tratamento de águas residuárias, desenvolvido no Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de São Carlos USP. Para a simulação e modelagem do RAHLF, foram utilizados dados de dois RAHLFs, sendo que; quando o regime é o dinâmico, um em escala de bancada tratando águas residuárias contendo substâncias tóxicas (BTEX) e quando o regime é o estacionário, outro em escala piloto tratando esgoto sanitário. O estudo foi dividido em duas partes: regime estacionário e regime transiente. No primeiro caso foram analisados os modelos: pseudo homogêneo com e sem dispersão axial e o heterogêneo com dispersão axial; no segundo caso, foram analisados os modelos: pseudo homogêneo e heterogêneo. Os modelos do primeiro caso foram resolvidos respectivamente pelos métodos numéricos de Runge Kutta, das diferenças finitas e da colocação ortogonal. Nesses modelos, quando se desprezava a dispersão axial a constante cinética de primeira ordem foi ajustada. Já nos outros dois modelos representados neste mesmo caso, foram ajustados simultaneamente a constante cinética de primeira ordem e o coeficiente de dispersão axial. Todos os métodos numéricos empregados no primeiro caso descreveram bem a tendência de variação da concentração ao longo do reator e no interior da partícula, possibilitando a convergência das soluções. Os modelos sem dispersão axial previram valores de concentração na saída mais próximo dos valores experimentais do que os modelos com dispersão, e este, por sua vez previram valores mais próximos aos experimentais nos pontos intermediários. No segundo caso, os modelos foram solucionados através de dois métodos, o método das diferenças finitas e o método da seqüência. Os métodos conseguiram resolver satisfatoriamente as equações que descrevem o comportamento do reator e mostram que a resposta da saída no reator é adequadamente calculada.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-12-06Bitstream added on 2014-06-13T20:32:09Z : No. of bitstreams: 1 laurentino_cl_me_sjrp.pdf: 518454 bytes, checksum: d37a3ee64c694059f0ef80729b4d545a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho abrange o estudo das propriedades térmicas e estruturais de rejeitos agroindustriais utilizados como substrato em fermentação em estado sólido. Os materiais empregados foram bagaços de cana-de-açúcar e de laranja e farelo de trigo. Foram analisadas as distribuições de temperatura e de umidade no interior de um leito cilíndrico encamisado, empacotado com esses materiais e percolado por ar, de modo tentar explicar as transformações do sistema decorrentes da fermentação, a fim de propor e avaliar soluções tecnológicas para prováveis problemas de não uniformidade térmica e de umidade do meio. Inicialmente, analisaram-se algumas características estruturais de um meio poroso constituído por bagaço de cana, como densidade e porosidade, considerando diferentes técnicas de empacotamento e umidades das fibras, para avaliar a influência dessas propriedades sobre a temperatura na saída do leito. As técnicas adotadas consistiam em simplesmente despejar o bagaço no leito, submetê-lo à pressão com um peso e à vibração intensa. Foram empregadas cinco umidades distintas do material e se verificou que a forma de empacotamento apresenta maior influência na porosidade do leito com o aumento da umidade do meio. Nos testes com o leito percolado por ar utilizando-se bagaço seco, observouse que os perfis de temperatura não foram alterados pelas diferentes técnicas de empacotamento adotadas. Estudou-se também o comportamento higroscópico dos materiais, uma vez que o meio ao ser percolado por ar à temperatura e umidade relativa controladas, tende a entrar em equilíbrio higroscópico com o gás, sendo essa variável de grande importância para processos fermentativos. Tal estudo foi realizado através do método estático gravimétrico. Além disso, determinou-se a condutividade térmica efetiva... / Thermal, structural and physical properties of agro industrial by-products for Solid State Fermentation (SSF) were studied in this work. Sugar cane bagasse, orange bagasse and wheat bran were the solid materials. Hygroscopic characteristics, stagnant effective thermal conductivity, bed voidage and temperature profile in a bed percolated by air were some properties obtained for non-reational sytems. Tests with reaction were carried out to assess enzymatic production. For the sugar cane bagasse it was measured particle density, bed bulk density and bed voidage (e). Three different packing techniques were applied: pouring the bagasse into the tube and gently accommodating the particles before adding up another portion of fibers (E1); pouring 5g of bagasse and pressuring it with a weight (3kN/m2) for 5min and adding up another 5g portion; pouring 5g of bagasse and shaking the bed for 5min in a sieve shaker and adding up another 5g portion (E3). Five initial bagasse moisture contents (M) were used and it was observed that e is influenced by M. Heat transfer experiments with sugar cane bagasse were conducted in a packed bed made up of a stainless steel tube 30cm long and 4,67cm diameter, divided in a entrance section 10cm long and a heating jacket section 20cm long. Temperatures were measured at the top of the heating section by five thermocouples axially placed above the bed and angular and radial temperature profiles were obtained. The outlet temperature profile was not influenced by the packing techniques and by the inlet air relative humidity, but it was noticed that the temperature measurements were affected by the surrounding conditions. At the end of the experiments an axial moisture profile in the porous media was observed. The hygroscopic characteristics of all materials were assessed in a wide range of temperature and air relative humidity, and it was...(Complete abstract click electronic access below)

Efluentes contendo resíduos perigosos ou substâncias orgânicas recalcitrantes são geradas em uma ampla variedade de processos industriais. O manejo inadequado destes efluentes pode causar contaminação das águas superficiais e subterrâneas. O seu tratamento por processos convencionais muitas vezes não é eficiente, por vezes impedindo o despejo ou reutilização de águas em unidades industriais. Os processos oxidativos avançados têm sido o foco de vários estudos em busca de alternativas viáveis para o tratamento de águas residuais contendo contaminantes orgânicos tóxicos, ou recalcitrantes. No presente estudo, o processo foto-Fenton é abordado, com a utilização de luz solar como fonte de fótons. O estudo consistiu de uma etapa de experimentos em um reator solar provido de coletores parabólicos compostos (CPC), ligados a um tanque agitado equipado com lâmpadas elétricas. Este sistema de operação foi utilizado em diferentes configurações, como operação em batelada ou contínuo, com variação de área irradiada por luz solar e com variação da potência total das lâmpadas no tanque. Na maior parte dos experimentos, com o reator operando em regime batelada, mais de 90% do carbono orgânico dissolvido (COD) foi removido em menos de 3 horas de irradiação solar, um desempenho equivalente ao de reatores baseados em fontes de luz artificial. Os dados experimentais foram usados no ajuste de modelos matemáticos empíricos baseados em redes neurais para simulação da taxa de remoção de COD em função das condições experimentais. Este modelo foi combinado com balanços de massa, que permite simular o desempenho do reator para diferentes valores das variáveis operacionais e de projeto. Os resultados das simulações do modelo mostraram boa concordância com os dados experimentais para a maioria dos casos. Além de evidenciar a relação entre as variáveis de processo, os resultados obtidos possibilitam identificar aspectos importantes no projeto de reatores baseados em radiação solar para tratamento de efluentes. / Wastewaters containing hazardous, or recalcitrant organic substances are generated in a wide variety of industrial processes. The inadequate management of these effluents can cause contamination of underground and surface water. Their treatment by conventional processes may not be technically efficient, and usually prevents effluents from being discarded or reused in industrial processing units. Photochemical advanced oxidation technologies can be a feasible alternative for wastewater treatment. In this study the photo-irradiated Fenton process is considered, with the aim of utilizing solar radiation as a photon source to the process. The study comprised experiments carried out in a solar reactor based on compound parabolic collectors (CPC) connected to a stirred tank equipped with electric lamps. This reaction system operated under different conditions, and different configurations (continuous and batch operation, different solar irradiated area, different electric power for the light sources in the stirred tank). In general, the performance of the solar reactor was similar to the performance of reactors based on electric light sources (for instance, in batch operation more than 90% of the dissolved organic carbon in solution (DOC) was removed in less than 3 hours). The experimental results were used to fit a neural network-based mathematical model to simulate the DOC removal rate as a function of the experimental conditions. This model was combined with mass balances, enabling to simulate the reactor performance for different values of the operating and design variables. The model results showed good agreement with most of the experiments. The simulation results enabled to evaluate the effect of the variables included in the study, and to identify important aspects related to reactor performance under different conditions of solar radiation and electric energy sources.

Foi desenvolvido modelo matemático para o processo de produção de álcoois etoxilados em um reator batelada com spray da fase líquida na fase gasosa. O modelo considera a cinética da polimerização iônica e a transferência de massa de óxido de eteno entre as fases gasosa e líquida. A cinética foi estudada a partir de dados previamente obtidos em laboratório. Para modelagem da transferência de massa, foram utilizados dados de bateladas industriais. Foram testados vários modelos de transferência de massa encontrados na literatura, sendo que o modelo que se mostrou mais adequado para este reator industrial foi o de gotas com circulação interna. A partir do modelo obtido da cinética e da transferência de massa, foi analisada a influência de parâmetros de projeto, como a vazão de recirculação de líquido, a relação entre a altura e o raio do reator e o tipo de spray na produtividade deste. Observou-se que a maior vazão de recirculação aumenta a produtividade do reator, assim como o aumento da altura do reator. O tipo e o diâmetro da gota do spray também influenciam a produtividade do reator. / A mathematical model for the production of ethoxylated alcohols in a spray tower loop reactor was developed. The model considers the reaction as an ionic polymerization and the ethylene oxide mass transfer from the vapor phase to the liquid phase. The kinetics was obtained from a laboratory scale reactor data. The mass transfer model was obtained from the industrial reactor data. Several models for the mass transfer of ethylene oxide from gas phase to the liquid droplets were tested, and it was found that the most appropriate mass transfer model for this industrial reactor was the internally well-mixed drop model. From the kinetics and the mass transfer model, the influence of the pump recirculation flow rate, the ratio between the reactor height and radius and the spray performance was analyzed. The results show that higher reactor productivity can be obtained using higher recirculation flow and higher reactor height. The spray nozzle performance and the drop diameter also influence the reactor productivity.

Orientador: Milton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T02:03:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dionisio_RenatoPrado_M.pdf: 2692662 bytes, checksum: d52cd80b3a64bf352c034ca0e8b2835e (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Colunas de bolhas são equipamentos utilizados para realizar operações de transferência de massa e/ou calor entre uma fase gasosa e uma fase líquida, ou entre uma fase gasosa e uma fase sólida dissolvida ou suspensa na fase líquida com ou sem reação química. Elas são equipamentos de simples operação, mas que apresentam uma fluidodinâmica bastante complexa. Seu funcionamento básico é dado pela injeção de um gás (fase dispersa) na base da coluna em um meio líquido (fase contínua). Elas são empregadas nas mais diversas áreas industriais, como processos de química fina, reações de oxidação, reações de alquilação, síntese de Fischer-Tropsch, tratamento de efluentes, reações de fermentação e produção de proteínas, e mais recentemente, em cultura de células devido à sua simplicidade de construção e operação. Processos que utilizam esse tipo equipamento se aproveitam das vantagens que eles apresentam como o fato de não possuírem partes móveis e propiciarem uma grande área de contato entre as fases e conseqüentes taxas elevadas de transferência de massa e calor, o que favorece tanto as reações químicas quanto as biológicas. O objetivo deste trabalho foi analisar computacionalmente, através da fluidodinâmica computacional (CFD), a influência de parâmetros geométricos (diferentes tipos de distribuidor de fase gasosa e recirculação externa da fase líquida na coluna) na fluidodinâmica do sistema. Foram realizadas simulações tridimensionais de colunas de bolhas empregando o pacote computacional ANSYS/CFX 5.11 que utiliza o método dos volumes finitos na discretização das equações diferenciais que governam o escoamento em colunas de bolhas de escala de laboratório. Foi observado que a inclusão de distribuidores de fase gasosa na malha computacional acarretou em melhor predição dos perfis de fração volumétrica de gás nas colunas, resolvendo os problemas de aproximações geométricas arbitrárias sobre a forma de se distribuir o gás pela coluna em casos que a simples injeção uniforme apresenta problemas. A utilização dessa abordagem, no entanto, deve ser cuidadosamente considerada devido ao aumento do esforço computacional. Também foi observada uma mudança notável no comportamento do perfil de velocidade axial da fase líquida devido à utilização de uma recirculação externa à coluna (External Loop), acarretando um decréscimo no valor total de fração volumétrica de gás na coluna (Total gas hold-up). No equipamento com o "Externalloop", o perfil de velocidade axial do líquido é ascendente em todo o corpo principal da coluna, diferindo das colunas cilíndricas verticais que possuem fluxo ascendente no centro da coluna e descendente nas regiões próximas às paredes. Os resultados mostraram que a metodologia utilizada no trabalho é adequada e capaz de prever comportamentos importantes nos equipamentos bifásicos em questão / Abstract: Bubble columns are equipments used to perform mass and heat transfer operations between a gas and a liquid phase, or between a gas phase and a solid phase dissolved or suspended in the liquid phase with or without chemical reaction. They are of simple operation, but offer room for a quite complex multiphase flow. Its basic operation is given by the injection of a gas phase (dispersed phase) at the base of the column passing through a liquid medium (continuous phase). They are employed in a broad variety of industrial sectors, such as processes of fine chemicals, oxidation reactions, alkylation reactions, Fischer- Tropsch synthesis, effluents treatment, fermentation and production of proteins and more recently in cell culture because of its simplicity of construction and operation. Processes that use such equipment take advantage of the fact that they have no moving parts and offer a high contact area between phases and consequent elevated mass and heat transfer rates, which favours both chemical and biological reactions. 'The goal of this study is to use computational fluid dynamics (CFD) to examine the influence of geometric parameters (different types of gas spargers and a liquid phase external loop recirculation) and some approximations usually made in computational studies published in the literature. In this work three-dimensional simulations of bubble columns were performed using ANSYS/CFX 5.11 computational package, which handles the finite volume method for discretizing the differential equations representing the flow in order to study laboratory scale bubble columns. It was observed that the inclusion of gas spargers in the computational mesh of bubble column simulations improved the description of the gas volume fraction profiles in the columns and solved the problems of arbitrary decisions on how to distribute the entering gas in cases where the simple uniform injection present problems. Using this approach, however, should be considered with care due to additional computational effort needed to achieve the desired solution. There was also a remarkable change in the behavior of the liquid phase axial velocity profiles due to the use of an external loop to the column, causing a decrease in the value of the total amount of gas present in the column (Total gas holdup). In the external loop equipment, the liquid axial velocity profile is upward throughout the entire main column, differing from cylindrical vertical columns in which the liquid flow is upward at the center of the column and is downward in regions near the walls. The results showed that the methodology used in this work is adequate, and able to predict bubble column and other two-phase equipment behaviour / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química