Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-22T19:19:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 225992.pdf: 665851 bytes, checksum: de89fb0caa290ef509c68014bf439d05 (MD5) / Para a polimerização em suspensão, o conhecimento das condições de mistura no reator é um fator crítico, pois a distribuição de tamanhos das partículas (DTP) produzidas em suspensão está diretamente relacionada à fluidodinâmica no reator. Segundo Vivaldo-Lima et al. (1997), a mais importante tarefa na operação prática de polimerização em suspensão é o controle da DTP final, particularmente nos casos de poliestireno expansível (EPS), onde as próprias partículas produzidas ao longo do processo são o produto final. Portanto, o estudo da influência da geometria do reator e das condições de mistura durante a polimerização em suspensão em condições de operação similares a utilizada na indústria sobre a DTP é extremamente relevante para um melhor controle sobre o processo. Há poucas referências na literatura sobre a modelagem da evolução da DTP em tal sistema de polimerização, bem como estudos experimentais sistemáticos que correlacionem as variáveis de operação com a distribuição de tamanhos de partículas (DTP) de uma polimerização em suspensão, especialmente sob condições próximas às industriais com alto "holdup" (fração volumétrica de monômero em relação ao volume total do meio reacional). Neste trabalho foi realizado um estudo experimental sobre o efeito das variáveis operacionais, velocidade de agitação, posição do impelidor e a razão do volume de monômero/volume do meio reacional ("holdup") sobre a Distribuição de Tamanhos de Partícula (DTP) final obtida pela polimerização de estireno em suspensão. Os dados experimentais mostraram que o "holdup" apresenta um efeito significativo sobre a DTP e que a diminuição deste, leva a obtenção de tamanhos de partículas maiores. A velocidade de agitação e a altura do impelidor em relação ao fundo do reator não apresentam efeitos tão significativos. Porém, ao aumentar estas duas variáveis há uma clara tendência no deslocamento da DTP para partículas menores. Através do tratamento estatístico dos dados experimentais, comprovou-se os efeitos de cada variável sobre o diâmetro médio de Sauter. Os modelos estatísticos obtidos para cada faixa de tamanho e para o diâmetro médio de Sauter também apresentaram uma boa reprodutibilidade em relação aos dados experimentais. In a suspension polymerization, the knowledge of the mixing effects in the reactor is a critical point, as the particle size distribution (PSD) produced by suspension polymerization is related to the fluid dynamics of the reactor. According to Vivaldo-Lima et al. (1997), the most important issue in the practical operation of a suspension polymerization is the control f the final PSD. This is particularly important in the case of the expandable polystyrene (EPS), where the particles produced during the suspension are the final product. Therefore, the study of the effect of the reactor geometry and mixing conditions during a suspension polymerization with similar operation conditions to those employed in industry over the PSD is extremely important to improve the process control. There are few references in the literature about the PSD modeling in such polymerization systems, as well as systematic studies that correlate operational conditions with the particle size distribution (PSD) of a suspension polymerization, especially under conditions close to those found in industry as high holdup (volume fraction of monomer related to the total volume of the reaction medium). In this work, an experimental study about the effect of operational variables (stirrer speed, impeller position, holdup) over the final Particle Size Distribution (PSD) obtained by styrene suspension polymerization is carried out. Experimental data showed a significant effect of holdup over the PSD and that the decrease of holdup led to an increase in the particle size. Stirrer speed and impeller position did not present such significant effect. Nevertheless, it was observed a tendency of the PSD toward lower sizes when increasing these two variables. The effects of each variable over the average diameter of Sauter was verified throw the statistical analysis of experimental data. The statistical models obtained for each size range and for the average diameter of Sauter also presented a good reproducibility in relation to experimental data.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. / Made available in DSpace on 2013-07-16T02:26:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 213219.pdf: 6364067 bytes, checksum: 9f0f364e3c480d95cd128d856c447e58 (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo realizado em reator de lodo ativado em batelada seqüencial no tratamento de esgoto sanitário, tendo como objetivo avaliar seu desempenho quanto à remoção biológica de carbono, nitrogênio e fósforo. A unidade piloto foi fabricada em chapa de ferro cilíndrica com dimensões de 2,0m de altura e 1,0m de diâmetro; trabalhou com volume máximo de esgoto de 1,2 a 1,4 m3. O reator foi operado seguindo o

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:32:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318269.pdf: 2121143 bytes, checksum: 7a2589298c6236d5b418eecc331bee13 (MD5) Previous issue date: 2013 / A utilização de reatores em bateladas sequenciais com grânulos aeróbios (RBSG) tem sido umas das tecnologias mais investigadas nos últimos anos para o tratamento biológico de águas residuárias, no entanto os estudos têm sido realizados em reatores alimentados com esgoto sintético. Para a consolidação desta tecnologia faz-se relevante compreender como se dá o comportamento desta quando empregada em situação real. Neste contexto, objetivou-se com este trabalho avaliar o tratamento de esgoto sanitário em um reator operado em bateladas sequenciais com grânulos aeróbios, em escala piloto. O reator, com volume útil de 0,1163 m³, foi operado por 238 dias, com ciclos operacionais de 4 horas e velocidades ascensionais de ar entre 1,2 e 1,4 cm·s-1. A formação de grânulos aeróbios utilizando esgoto sanitário demonstrou ser viável e grânulos com diâmetro médio variando entre 0,4 a 0,6 mm foram obtidos a partir dos 150 dias de operação, sendo esta biomassa com boa sedimentação, ou seja, IVL30 abaixo de 80 mL·g-1. A concentração média de sólidos suspensos totais (SST) foi de 2 g SST·L-1. A idade do lodo variou de 10 a 20 d, com a estabilização da biomassa, e µobs esteve próximo de 0,1 d-1. O fator de rendimento observado da biomassa apresentou valor médio de 0,62 ± 0,57 g SSV·g DQO-1. A eficiência média de remoção de DQOS e DQOT foi de 78 ± 9% e 70 ± 18%, respectivamente. O reator apresentou eficiências médias de remoção de 78 ± 14% para a DBO5,20º, de 99,6% para NH4+-N e de 36,5 ± 14,5% para o NT. O Activated Sludge Model n. 3 (ASM3) foi modificado e implementado no programa AQUASIM. No modelo desenvolvido (ASM3m) incorporaram-se processos de crescimento e armazenamento de polímeros celulares dos micro-organismos heterotróficos, ocorrendo de forma simultânea, além de o nitrito ser considerado como produto intermediário dos processos de nitrificação e desnitrificação. Foi simulado o comportamento das variáveis DQOS, QO2 (velocidade de consumo de oxigênio), NH4+-N, NO2--N e NO3--N durante um ciclo operacional. A simulação do processo de biodegradação da DQOS e QO2 realizada pelo modelo ASM3m apresentou comportamento mais próximo à situação experimental do que o modelo ASM3. Os dados das simulações obtidas do processo de nitrificação não responderam com confiabilidade, sendo discrepantes dos dados reais obtidos experimentalmente.<br>

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2012-10-26T10:49:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 310680.pdf: 3307003 bytes, checksum: 2b8df3a73d1046494084822f00d66959 (MD5) / O pinhão-manso (Jatropha curcas L.) é uma planta de crescimento rápido e tem sido sugerida para a produção de biocombustível, principalmente por suas sementes possuírem alto conteúdo de óleo (32 % a 52 %). Devido à oscilação no preço do petróleo e a grande preocupação com o meio ambiente, muito se tem investido em combustíveis alternativos como o biodiesel. A rota mais utilizada para sua produção é a transesterificação catalítica alcalina homogênea, porém, possui um alto custo e alto tempo reacional. Uma alternativa é a transesterificação não-catalítica, que permite altas conversões e a redução do tempo de reação. Então, o presente trabalho teve por objetivo produzir biodiesel a partir de sementes de pinhão-manso e etanol em reator supercrítico, bem como realizar a caracterização da biomassa empregada e do produto obtido. Os experimentos foram desenvolvidos no LCP/UFSC e no LEDBIO/UFT. Foram realizadas análises físico-químicas das sementes (teor de umidade, teor de cinzas e acidez) e a extração do óleo para seis diferentes granulometrias em soxhlet com hexano. O óleo foi analisado quanto suas características físicas (densidade e viscosidade cinemática) e químicas (índice de acidez, índice de saponificação e teor de ácidos graxos). Para a produção de biodiesel no reator supercrítico foi adotado o planejamento fatorial 23 com ponto central, sendo empregadas três faixas de temperatura (245 ºC, 255 ºC e 265 ºC), três relações molares óleo/álcool (1 : 10, 1 : 20 e 1 : 30) e três granulometrias de sementes (inteiras, cortadas ao meio e trituradas), sendo que ao final o efeito de cada variável e de suas interações foram calculados. Os rendimentos em extração do óleo das sementes de pinhão-manso e da produção de biodiesel foram calculados, e as amostras obtidas no processo analisadas por GC/MS. As sementes apresentaram em média 5,28 % de umidade, 3,16 % de cinzas, 5,66 % de acidez e entre 6,53 % a 53,63 % de óleo para as diferentes granulometrias utilizando extrator soxhlet com hexano. O óleo apresentou em média: densidade de 0,9173 g/cm3 a 25 ºC, viscosidade cinemática de 20,03 mm2/s a 40 ºC, índice de acidez de 11,8 mg KOH/g, índice de saponificação de 188,22 mg KOH/g e era constituído principalmente por ácidos graxos insaturados (79,5 %), em sua maioria por ácidos graxos olêico (39,7 %) e linolêico (38,7 %). No reator supercrítico, o rendimento em óleo variou de 48,20 % a 108,17 % quando comparado com a extração utilizando soxhlet, e o rendimento em biodiesel variou entre 29,44 % a 63,00 %. Pela acidez apresentada as sementes possivelmente sofreram deterioração no período de armazenamento, sendo que óleo apresentou características físicas e químicas e de conteúdo de óleo semelhantes da literatura. Com o uso do reator supercrítico conseguiu-se extrair uma quantidade maior de óleo, porém, os rendimentos em biodiesel foram intermediários, possivelmente em função do tempo de residência e os modos de operação. Através da caracterização química das amostras verificou-se que em média os ésteres corresponderam a 64,73 % dos compostos presentes, sendo identificados também glicerídeos, ácidos graxos, fenóis e cetonas. / The jatropha (Jatropha curcas L.) is a plant of rapid growth and has been suggested for biofuel production, mainly for its seeds have high oil content (32% to 52%). Due to the fluctuation in oil prices and great concern for the environment, much has been invested in alternative fuels like biodiesel. The route most commonly used for its production is transesterification homogeneous alkaline catalyst, however, it is high cost and high reaction time. An alternative is the non-catalytic transesterification, which allows high conversions and reduced reaction time. The present work aimed to produce biodiesel from Jatropha seeds and ethanol in supercritical reactor, as well as perform the characterization of biomass used and product. The experiments were carried out in LCP/UFSC and LEDBIO/UFT. Analysis physicochemical were performed for the properties of seeds (moisture content, ash content and acidity) and the extraction of oil for six different particle sizes with hexane. The oil was analyzed for its physical properties (density, kinematic viscosity) and chemical properties (acid value, saponification value, fatty acid content). For the production of biodiesel in the reactor supercritical was adopted factorial design 23 with center point, and employed three temperature ranges (245 ºC, 255 ºC and 265 ºC), three molar ratios oil/ethanol (1 : 10, 1 : 20 and 1 : 30) and three seed sizes (whole seed, seed in half and seed crushed) and the effect of each variable and their interactions were calculated. The yields of extraction of oil from the seeds of jatropha and biodiesel production were calculated, and the samples obtained in the process analyzed by GC/MS. The seeds had on average 5.28% moisture content, 3.16% ash content, 5.66% acidity and oil content of 6.53% to 53.63% for the different particle sizes using soxhlet extractor with hexane. The Jatropha oil had on average density 0.9173 (g/cm3 at 25 °C), kinematic viscosity 20.03 (mm2/s at 40 °C), acid value 11.8 (mg KOH/g) and saponification value 188.22 (mg KOH/g), and was consisted mostly of unsaturated fatty acids (79.5%), mainly oleic acid (39.7%) and linoleic acid (38.7%). In the supercritical reactor, the yield of oil extraction ranged from 48.20% to 108.17% when compared with extraction using hexane, and the biodiesel yield ranged from 29.44% to 63.00%. The seeds probably suffered deterioration in the storage period because it had a high acidity, the oil has physical and chemical characteristics and oil content similar to that found in other studies. With the use of supercritical reactor it was possible to extract a greater amount of oil, however, the yields were intermediate biodiesel, possibly as a function of residence time and modes of operation. Through the chemical characterization of the samples was found that on average the esters corresponding to 64.73% of the compounds present, and also identified glycerides, fatty acids, phenols and ketones.

Dissertaçao (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-07-16T04:38:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 317393.pdf: 3345313 bytes, checksum: 26323b254d2925bd9eb15c2e82ada620 (MD5) / Sulfeto de hidrogênio é um composto com odor desagradável, tóxico e corrosivo emitido na atmosfera por diversas fontes antrópicas e naturais. Filtros de fibra de vidro recobertos com filmes finos de TiO2 (Degussa P25), preparados por 3 (três) diferentes métodos experimentais, foram empacotados em um reator anular para avaliação da degradação fotocatalítica de H2S. Os filmes finos de TiO2 foram caracterizados estruturalmente e morfologicamente por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios-X (DRX). O desempenho dos fotocatalisadores foi avaliado em função do efeito das condições operacionais vazão volumétrica do efluente gasoso e concentração de entrada de H2S no reator. Foram alcançadas eficiências de até 99% para os experimentos conduzidos com vazão volumétrica de 25 l.h-1 (tempo de contato de 121 s) e concentração de entrada de H2S menor que 20 ppmv. A manutenção desta eficiência foi avaliada através do experimento de uso em longo prazo (saturação). Uma eficiência superior a 89% foi mantida por 16 horas de uso contínuo. Após 28 horas de experimentação, a eficiência era de 64%, o que leva a crer que o fotocatalisador estava perdendo atividade fotocatalítica devido à saturação. Além disto, a reação fotocatalítica de H2S em um reator de fluxo em pistão anular foi modelada cineticamente, com os dados experimentais obtidos, de acordo com o modelo de Langmuir-Hinshelwood, obtendo-se a constante cinética da reação (k) e a constante de adsorção (K).<br> / Abstract : Hydrogen sulfyde is a malodorous, toxic and corrosive compound emitted into the atmosphere by various anthropogenic and natural sources. Glass fiber filters coated with thin films of TiO2 (Degussa P25), prepared by three (3) different experimental methods, were packed in an annular reactor for evaluation of photocatalytic degradation of H2S. The TiO2 thin films were characterized structurally and morphologically by scanning electron microscopy (SEM) and x-ray diffraction (XRD). The performance of the photocatalysts was evaluated according to the effect of operating conditions volumetric flow of gaseous effluent and H2S inlet concentration. Were achieved efficiencies of up to 99% for the experiments conducted with volumetric flow rate of 25 l.h-1 (contact time of 121 s) and H2S inlet concentration less than 20 ppmv. The maintenance of this efficiency was evaluated by the experiment of long-term use (saturation). An efficiency exceeding 89% was maintained for 16 hours of continuous use. After 28 hours of experimentation, the efficiency was 64%, which suggests that the photocatalyst was losing photocatalytic activity due to saturation. Moreover, the photocatalytic reaction of H2S in an annular plug flow reactor was kinetically modeled, with the experimental data obtained according to the Langmuir-Hinshelwood model, yielding the kinetic reaction constant (k) and the adsorption constant (K).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Pós-graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:49:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318736.pdf: 2080786 bytes, checksum: eb8b6200955455d499c7822631373f55 (MD5) Previous issue date: 2013 / Entre os tipos de tratamento de esgoto baseados em processos biológicos, o mais utilizado é o de lodos ativados, o qual pode ser realizado em fluxo de batelada ou contínuo. Recentemente, os reatores em bateladas sequenciais (RBS) têm se destacado por apresentarem inúmeras vantagens como, por exemplo, baixo requisito de área, redução de custos quando comparados aos processos contínuos, e possibilidade de remoção conjunta de matéria carbonácea, nitrogênio e fósforo em um mesmo ciclo de operação. A modelagem matemática é um importante instrumento para o melhor entendimento dos processos que ocorrem em um reator biológico, assim como para a obtenção de parâmetros que permitam elaborar projetos e operar sistemas de lodos ativados. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi aplicar os principais modelos matemáticos utilizados em reatores de lodos ativados, o Activated Sludge Model No. 1 (ASM1) e suas variações, ASM2d e ASM3, para simular o comportamento de um reator em bateladas sequenciais (RBS) em escala real utilizado para o tratamento de esgoto de origem sanitária. Para isso estudou-se dois tipos de ciclos operacionais do RBS: um com apenas uma entrada de esgoto (enchimento convencional) e outro com três entradas de esgoto (enchimento escalonado). Foram realizadas análises laboratoriais das amostras coletadas ao longo dos ciclos, sendo que os dados obtidos serviram para a calibração dos modelos. Os resultados indicaram que o modelo ASM1 foi o que melhor representou o ciclo com enchimento convencional, enquanto que o modelo ASM3 foi o que melhor simulou o ciclo com enchimento escalonado. A calibração com o modelo ASM3 foi a mais simples, devido à baixa interferência simultânea nos diversos componentes simulados, além daqueles que foram calibrados. Os parâmetros que interferiram de maneira mais objetiva no resultado da simulação, e, portanto foram usados para a calibração dos modelos foram: velocidade de crescimento heterotrófico (µH); velocidade de crescimento autotrófico (µA); velocidade de armazenamento (KSTO); fator de redução hidrólise anaeróbia (?fe); velocidade de crescimento de organismos acumuladores de fósforo (µPAO); e armazenamento de organismos acumuladores de fósforo (qPHA). Os resultados obtidos com a calibração indicam que essa foi feita de maneira correta, e o procedimento aplicado poderá ser usado em muitos trabalhos de simulação <br> / Abstract: Among the types of wastewater treatment based on biological processes, the most widely used is the activated sludge, which can be performed in batch or continuous flow. Recently, sequencing batch reactors (SBR) have distinguished themselves by presenting numerous advantages such as, low area requirement, cost reduction when compared to continuous processes, and the possibility of simultaneous removal of carbonaceous matter, nitrogen and phosphorus in a same cycle of operation. Mathematical modeling is an important tool for better understanding of the processes occurring in a biological reactor, as well as for obtaining parameters to develop projects and operate activated sludge systems. In this context, the aim of this study was to apply the main mathematical models used in activated sludge reactors, the Activated Sludge Model No. 1 (ASM1) and its variations, ASM2d and ASM3 to predict the behavior of a real-scale sequencing batch reactor (SBR ) used for domestic wastewater treatment. Two operational cycles were study, one with only one wastewater input (conventional feed), and one with three wastewater inputs (step-feed). Laboratory analyses of samples collected during reactor cycles were performed, and the obtained data were used to calibrate the models. The results indicated that the ASM1 model was the best model to represent the cycle with conventional feed, while model ASM3 was the best simulating the step-feed cycle. The calibration with ASM3 was easier due to low interference components, besides those which are being calibrated. The parameters that affect more objectively the simulation result, and therefore should be used for calibration of the models, were: heterotrophic growth rate (µH), autotrophic growth rate (µA); storage rate (KSTO); anoxic growth factor (?fe); growth rate for phosphorus accumulate organisms (µPAO); and storage of phosphorus accumulate organisms(qPHA). The obtained results indicate that the calibration was well done, and the procedure can be used in many simulations researches.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / The maleate castor oil is used in drying oils, water-soluble paints, personal care products, synthetic lubricants, etc. Initially, maleate castor oil production was studied from of maleinization reaction between castor oil and maleic anhydride. Then, maleinization reactions of castor oil were carried out using benzoyl peroxide (BPO) and di-tert-butyl peroxide (DTBP) as reaction initiator to maleate castor oil production. Reactions were carried out in a batch-type reactor. The performance of the free-radical reaction was evaluated by comparing it with the reaction carried out in absence of initiator. The response surface methodology (RSM) was used to evaluate the influence of temperature and initiator concentration on castor oil conversion into maleate castor oil in the presence of BPO and DTBP. Analysis of operating conditions by RSM showed that the most significant variable the reaction was temperature, and that the initiator concentration had little significance on the conversion of castor oil. Maleate castor oil was characterized by FTIR and NMR spectroscopy. The best conversion obtained in maleinization reaction with BPO was 94.7%, at 120 ÂC and 176.6 ÂC, when initiator concentration was 0.010% in a reaction time of 180 min. The use of BPO and DTBP was most significant on increasing castor oil conversion in 30 min and 60 min reaction, respectively. After 90 min, the use of the initiator BPO and DTBP had little influence on increasing the conversion of castor oil. Besides, it was analyzed the influence of six initiators: benzoyl peroxide (BPO), di-tert-butyl peroxide (DTBP), dicumyl peroxide (DCP), tert-butyl peroxybenzoate (TBPB), sodium persulfate (PSNA) and potassium persulfate (PSK). The use of these initiators in the reaction has contributed to reduction of reaction time. The reduction was of approximately 30 min. Sodium persulfate was shown very promising in reaction at 140 ÂC to have reached 90% conversion in only 70 min, besides the initiator of lowest cost among the studied. / O maleato de Ãleo de mamona à utilizado em Ãleos secantes, tintas solÃveis em Ãgua, produtos de cuidados pessoais, lubrificantes sintÃticos, entre outros. Inicialmente, a produÃÃo do maleato do Ãleo de mamona foi estudada a partir da reaÃÃo de maleinizaÃÃo entre o Ãleo de mamona e o anidrido maleico. Em seguida, reaÃÃes de maleinizaÃÃo do Ãleo de mamona foram realizadas utilizando o perÃxido de benzoÃla (BPO) e o perÃxido di-terc-butil (DTBP) como iniciadores de reaÃÃo para a produÃÃo do maleato de Ãleo de mamona. As reaÃÃes ocorreram num reator batelada. O desempenho das reaÃÃes por radicais livres foi avaliado comparando com as reaÃÃes realizadas na ausÃncia de iniciador. A metodologia de superfÃcie de resposta (MSR) foi utilizada para avaliar a influÃncia da temperatura e da razÃo mÃssica de iniciador na conversÃo do Ãleo de mamona em maleato de Ãleo de mamona na presenÃa do BPO e do DTBP. A anÃlise das condiÃÃes operacionais pelo MSR mostrou que a variÃvel que mais influenciou a reaÃÃo foi a temperatura, e que a razÃo mÃssica de iniciador foi pouco significante na conversÃo do Ãleo de mamona. A caracterizaÃÃo do maleato de Ãleo de mamona foi analisada pelo espectrÃmetro de infravermelho por Transformada de Fourier (IV) e por RessonÃncia MagnÃtica Nuclear (RMN). A melhor conversÃo obtida na reaÃÃo de maleinizaÃÃo com o BPO foi de 94,7%, a 120 e 176,6 ÂC, quando a razÃo mÃssica deste iniciador foi de 0,010%, em um tempo reacional de 180 min. O uso do BPO e do DTBP foi mais relevante no aumento da conversÃo do Ãleo de mamona em 30 min e 60 min da reaÃÃo, respectivamente. ApÃs 90 min da reaÃÃo de maleinizaÃÃo, a presenÃa dos iniciadores BPO e DTBP pouco influenciou no aumento da conversÃo do Ãleo de mamona. TambÃm foi analisada a influÃncia de seis iniciadores de reaÃÃo na maleinizaÃÃo do Ãleo de mamona, sÃo eles: perÃxidos de benzoila (BPO), de di-terc-butil (DTBP), de dicumila (DCP) e de terc-butil-peroxibenzoato (TBPB), alÃm dos persulfatos de sÃdio (PSNa) e de potÃssio (PSK). O uso destes iniciadores na reaÃÃo contribuiu para reduÃÃo do tempo de reaÃÃo. A reduÃÃo foi de aproximadamente 30 min. O persulfato de sÃdio se mostrou bastante promissor na reaÃÃo a 140 ÂC por ter atingido 90% de conversÃo em apenas 70 min, alÃm de ser o iniciador de menor custo dentre os estudados.

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Aline Carvalho da Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-14T23:39:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GonzalezQuiroga_Arturo_M.pdf: 2749935 bytes, checksum: c375b22201594f091c1d51f4befd9532 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Por mais de um século, a principal fonte de combustível e produtos químicos para a sociedade humana tem vindo a partir de recursos fósseis, os quais são limitados e estão concentrados em poucas regiões do mundo. Biomassa, como a única fonte de carbono renovável, mostra-se promissora para a produção de combustíveis e produtos químicos em grande escala. Na última década, a produção de bioetanol a partir de biomassa lignocelulósica através de hidrólise enzimática tem sido estudada intensamente a nível de bancada. Reatores contínuos, nos quais a fração celulósica e a hemicelulósica de substratos lignocelulósicos são convertidos em açúcares redutores (para serem fermentados a bioetanol), são o tema desta dissertação. As principais questões consideradas aqui são: a cinética, o padrão de contato sólido-líquido, o comportamento fluidodinâmico da lama durante a hidrólise, configurações alternativas de reatores contínuos, e estratégias de operação contínua com relação ao substrato e a enzima. Foram revisados os modelos cinéticos mais recentes para a hidrólise enzimática de substratos lignocelulósicos, dando especial atenção aos modelos úteis para projeto de reatores. Foi proposto um esquema de classificação de modelos cinéticos baseado no número de reações consideradas. Com respeito à utilidade de um modelo cinético na otimização do sistema de reação, é desejável que este inclua a adsorção das enzimas na fração celulósica do substrato e na lignina, a inibição das enzimas por produto final, a reatividade do substrato e a desativação das enzimas. Neste trabalho, um modelo de uma reação foi ajustado a perfis experimentais de glicose e xilose obtidos na hidrólise enzimática de bagaço de cana prétratado com peróxido de hidrogênio alcalino. O modelo cinético apresentado difere de outros modelos em que este inclui a predição do perfil de xilose por meio de uma relação algébrica que faz uso do perfil de glicose, e é especialmente útil na ausência de dados experimentais de adsorção e reatividade do substrato. O comportamento fluidodinâmico da lama de biomassa durante a hidrólise enzimática é complexo devido à ampla distribuição de tamanhos de partícula, às formas incomuns das partículas de biomassa e às mudanças na reología que experimenta o material ao longo da reação. Neste trabalho é apresentado um levantamento detalhado da fluidodinâmica de suspensões de polpas fibrosas e lamas com tendência à sedimentação, devido a que o comportamento fluidodinâmico de lamas de biomassa pode ser entendido a partir dessas duas situações limite. Além disso, foi desenvolvido um modelo fluidodinâmico com balanços microscópicos e solucionado com um software de fluidodinâmica computacional para estudar o escoamento de lamas de biomassa em reatores tubulares com e sem defletores angulares internos. Por outro lado, a micromixtura do material dentro dos reatores foi considerada em duas situações limite: um material que é fracionado em cúmulos discretos que reagem como reatores batch durante o tempo que estejam no sistema de reação, e um material que imediatamente ingressa no sistema de reação entra em contato íntimo com outros elementos de fluido ao nível molecular. As conversões em reatores continuous para as anteriores situações limite de micromistura foram obtidas. Os reatores contínuos considerados foram reatores de tanque agitado em serie, reatores tubulares e combinação entre eles. Devido a que a biomassa adsorve água, no começo da reação de hidrólise a fase móvel pode desaparecer a concentrações de substrato maiores de 10% w/w, aproximadamente. A alimentação distribuída de substrato numa serie de reatores de tanque agitado foi uma alternativa proposta neste trabalho para incrementar a produtividade volumétrica dos reatores. Consequentemente, uma série de reatores de tanque agitado com alimentação distribuída, seguida de um reator tubular, foi a melhor alternativa para incrementar a reatividade volumétrica dos reatores e diminuir o volume de reação. O presente trabalho é em grande parte exploratório sendo que não há procedimentos detalhados de projeto e escalonamento de reatores de hidrólise enzimática de biomassa lignocelulósica na literatura científica atual. Consequentemente, reatores contínuos alternativos assim como procedimentos de modelagem mais detalhados são brevemente discutidos ao final do trabalho. De vital importância são experimentos para elucidar aspectos tais como a reutilização de enzimas por recirculação ou re-adsorção em substrato fresco, adsorção de enzimas a altas concentrações iniciais de substrato (>10% w/w), e a relação entre as propriedades reológicas da lama e a extensão da reação de hidrólise. / Abstract: For ever a century, the main source of fuel and chemicals for human society has come from fossil resources, which are limited and concentrated in a few regions of the world. Biomass, as the only source of renewable carbon, shows great promise for largescale economical production of renewable transportation and fuel chemicals. In the last decade the bioethanol production from lignocellulosic biomass via, enzymatic hydrolysis, has been intensively studied at laboratory level. Continuous reactors in which the cellulose and hemicellulose fractions of lignocellulosic substrates convert to reducing sugars (which are fermented to bioethanol) are the theme of this dissertation. The main issues considered are kinetics, contacting pattern and fluid dynamics, alternative configurations of continuous reactors, and continuous operating strategies with respect to substrate and enzyme. The most recent kinetic models for the enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass, useful for reactor design, were reviewed and classified based on the number of reaction considered. Regarding to reactor design, the main factors that should be include a kinetic model are adsorption of enzymes on cellulose and lignin, inhibition of enzyme by glucose and cellobiose, substrate reactivity and enzyme deactivation. A kinetic model of a single reaction was fitted to experimental profiles of glucose and xylose obtained by the enzymatic hydrolysis of pretreated of sugarcane bagasse. This kinetic model differs of previous models in that it predicts xylose concentration based on glucose concentration. This kinetic model is a useful in the absence of experimental data on enzyme adsorption and substrate features others than concentration. The fluid dynamic behavior of biomass slurries during enzymatic hydrolysis is very complex due to the wide particle size distribution, the extremes shapes of particles and the significant rheological changes of the slurry with the progress of the enzymatic hydrolysis. This works reviewed the fluid dynamic behavior of fiber pulp suspensions and settling slurries because the fluid dynamic behavior of biomass through continuous reactors can be framed between these two limiting situations. In addition, a computational fluid dynamic model was developed to asses the fluid dynamic behavior of biomass slurries in tubular and baffled tubular reactors, motivated by the benefits of tubular reactors to carry out the enzymatic hydrolysis in terms of lower reaction volume and lower agitation requirements. On the other hand, the micromixing behavior of the flowing material was framed between two limiting situations: an incoming material that is broken up into discrete clumps in which the reaction proceed independently as in a batch reactor, and an incoming material that immediately comes into intimate contact with other fluid elements at molecular level. Conversions in continuous reactors corresponding to the above extreme states of micromixing were obtained. The continuous reactor considered were stirred tanks reactors in series, tubular reactors, and combination between them. As biomass adsorbs water, this may cause the bulk to become unsaturated at initial substrate concentration higher than 10% w/w, approximately. Operating the enzymatic hydrolysis in a distributed feeding mode by adding fresh substrate and enzyme at subsequent stirred tank reactors was proposed as an alternative to increase the volumetric productivity of reactors. A reactors configuration consisting of stirred tank reactors in series with continuous distributed feeding of substrate and enzyme, followed by a tubular reactor allow increasing the volumetric productivity of the reaction system overcoming mixing limitations and lowering the required reaction volume. It should be noted that this work is exploratory and that there are not major reports in open literature about the design and scale-up of continuous reactors for enzymatic hydrolysis. Some alternative continuous reactors, as well as modeling approaches for reactor design, are suggested. Of paramount importance are experiments to elucidate relevant aspects as reutilization of enzymes by recirculation of readsorption, adsorption of enzymes at high substrate concentrations (>10% w/w), and the relation between rheological properties of slurries with the extent of saccharification. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Jose Roberto Nunhez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-24T18:12:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peixoto_SimoneMariaCoimbra_M.pdf: 5964146 bytes, checksum: 8d9dc83b59e8adc5ad07e53b88e1c684 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Os tanques de mistura são muito utilizados nas indústrias químicas para processar produtos de alto valor agregado. No entanto, apesar da sua grande importância nas indústrias químicas, poucas informações estão disponíveis sobre como o desempenho desses equipamentos é influenciado pela configuração mecânica do agitador, pelo tipo de superfície de troca térmica e pelo modo de operação. Um entendimento mais profundo destes fenômenos pode proporcionar meios de se otimizar projetos de reatores que sejam condizentes com uma melhor circulação interna do fluido e uma troca de calor mais eficiente. Este estudo tem o objetivo de estudar o arranjo geométrico de um tanque de mistura com um agitador tipo turbina Rushton e com serpentinas helicoidais para resfriamento conforme o trabalho sugerido por Oldshue e Gretton (1954), visto que até hoje este arranjo é utilizado por muitas indústrias nos projetos desses tanques. Trabalhos anteriores criticaram esta geometria porque este arranjo apresenta serpentinas posicionadas na altura da descarga do fluxo proveniente do agitador. Com as simulações realizadas neste estudo constatou-se que o arranjo do tanque com serpentinas pode sofrer modificações quanto à forma do tanque e ao arranjo do feixe de serpentinas, possibilitando a proposição de geometrias que proporcionam melhor mistura e controle de temperatura. Este trabalho utiliza o pacote computacional CFX-F3D para a realização das simulações. O modelo é bidimensional e o tanque opera em regime laminar. O pacote utiliza o método dos volumes finitos com variáveis colocalizadas e sistema de coordenadas "body-fitted" para resolver as equações do modelo. A comparação dos resultados obtidos, através de várias simulações de arranjos de serpentinas, permitiu a obtenção de um arranjo otimizado de serpentinas que apresenta um controle de temperatura mais eficiente e um melhor coeficiente de transferência de calor com minirnização dos gastos de energia / Abstract: Stirred tank reactors are extensively used in chemical industries to process low volume products of high value. Despite its importance, little is known about the performance of such systems. The mechanical configuration of the internals, in particular the impeller and the heat transfer surfaces, as well as mode of operation, have a deep effect in the flow. A deeper knowledge of the behaviour of such systems may provide ways to improve the mechanical designoThe aim of this study is to analyse the experimentalgeometry of a stirred tank reactor with a Rushton turbine impeller and helical coils according to the work of Oldshue and Gretton (1954), since this kind of configuration is still employed in reactor design in our days. Previous work criticised the experimental apparattus because it employs coils at the same height of the impeller blades. The simulated results showed that it is possible to modify vessel shape and coil helix which lead to designs consistent with better mixing and heat transfer. This work uses the CFX 4.1 fluid dynamics package for the calculations. The model calculates the three velocities in a two dimensional mesh for laminar flow. The software uses fínite volumes with colocalized variables and body fitted coordinates. Simulation results with varying vessel shapes and coil positions led to the determination of optimized designs with more efficient temperature control and better heat transfer coefficient, which allows reduced energy operating costs / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Liliane Maria Ferrareso Lona / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:31:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MendozaMarin_FlorentinoLazaro_D.pdf: 8929110 bytes, checksum: 9041b9e7f02f9a324fa10cde9a962f54 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O modelo determinístico e processo homopolimerização na emulsão do estireno são aplicados em reator tubular contínuo sem e com deflectores angulares internos sob condição isotérmica e não isotérmica. Os resultados de modelagem e simulação foram realizados a estado estacionário, modelo unidimensional, coordenada cilíndrica, fluxo pistão laminar completamente desenvolvido, modelo Smith-Ewart para estimar a conversão do monômero, cinética química de Arrhenius corno modelo de velocidade finita laminar para computar a geração química. O objetivo é modelar, simular e analisar o comportamento do reator de homopolimerização na emulsão do estireno com deflectores angulares inclinados internos, e comparar com reator tubular. Os métodos experimental e matemático-dedutivo foram aplicados para obter resultados, por meio de programação computacional, usando Dinâmica de Fluido Computacional através do método de volumes finitos. As seguintes variáveis como temperatura de reação constante e variável, reator tubular sem e com deflectores, temperatura de alimentação, diâmetro de reator, processo adiabático e exotérmico, calor de reação constante e velocidade axial completamente desenvolvida foram investigados. Os efeitos de conversão de monômero, área transversal interna, temperatura axial, concentração do polímero, radicais e iniciador, outros corno densidade de polímero e monômero, perda de carga e queda de pressão foram determinados e simulados. Os produtos foram caracterizados com Número de Partículas (nucleação homogênea e heterogênea), distribuição de peso molecular, tamanho de partículas de polímero e distribuição de viscosidade. Estes resultados foram validados com resultados da literatura sob condição igualou aproximada. Os resultados sob condições não isotérmicas foram melhores que os resultados isotérmicos em termos de caracterização do polímero. Isso mostra que o desenho alternativo proposto (com deflectores) permite obter o polímero com propriedades melhores em termos de número de partículas, distribuição de peso molecular, distribuição do tamanho de partículas e viscosidade / Abstract: Deterministic model and emulsion homopolymerization process of styrene are applied in continuous tubular reactor without and with internal angular baffles under isothermic and no isothermic conditions. The modeling and simulation results were approximate to steady state, one-dimensional model, cylindrical coordinate, fully developed laminar plug flow, Smith-Ewart model to estimate the monomer conversion, Arrhenius chemical kinetics as laminar finite-rate model to compute chemical source. The objective is to model, simulate and to analyze the emulsion homopolymerization reactor performance of styrene with internal-inc1ined angular baffles, and to compare with continuous tubular reactor. The experimental and mathematical-deductive methods were applied to obtain results, by means of computational programming, using Computational Fluid Dynamics (program code), finite volume method. The following variables such as constant and variable reaction temperature, tubular reactor without and with baffles, feed temperature, reactor diameter, adiabatic and exothermic process, constant reaction heat and fully developed axial velocity were investigated. The monomer conversion, internal transversal are a, axial temperature, concentration of polymer, radicals and initiator, others as density of polymer and monomer, head loss and pressure drop effects were determined and simulated. The products were characterized by partic1es number (homogeneous and heterogeneous nuc1eation), molecular weight distribution, polymer partic1es size and polymer viscosity distribution. These results were validated with literature results under same or approximate condition. The results under no isothermic conditions were better than isothermic results in terms of polymer characterization. It is shown that the proposed alternative design (with baffles) allow to obtain the polymer with better properties in terms of number of partic1es, molecular weight distribution, particle size distribution and viscosity / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química