Neste estudo foram produzidas diferentes membranas utilizando polímeros convencionais (poliestireno de alto impacto, HIPS e poliuretano, PU) com polianilinas (PAnis), com o objetivo de tratar por eletrodiálise efluentes de galvanoplastia e de curtimento de peles. Foram testados dois métodos de obtenção de membranas com HIPS e PAni (dissolução com posterior evaporação do solvente e a mistura mecânica com posterior moldagem sob pressão). A obtenção de membranas de PU e PAni foi realizada através da preparação de uma rede de polímeros interpenetrantes (IPNs). As membranas foram caracterizadas através de espectroscopia FTIR, microscopia eletrônica de varredura, análise termogravimétrica e análise dinâmico mecânica. O transporte iônico através das membranas HIPS e PAni foi avaliado usando uma célula de bancada com três compartimentos. As membranas apresentaram resultados de permeabilidade a cromo e sódio similares à membrana comercial Nafion 450. Os ensaios de eletrodiálise também foram executados usando um sistema piloto comercial para avaliar o desempenho das membranas com dimensões superiores (172 cm2) as amostras utilizadas em célula de bancada (16 cm2). Foi estimado o custo de preparação da membrana e da polianilina utilizada. / Different membranes were produced in this study, using conventional polymer (high impact polystyrene and polyurethane) and polyaniline, aiming to treat metal finishing industry and tannery wastewater by electrodialysis. Two methods of membranes production with HIPS and PAni were tested (dissolution with subsequent solvent evaporation and mechanical mixture with subsequent pressing with heating), with the objective of better understanding the involved phenomena in different obtained methods. The obtaining of PU and PAni membranes was accomplished through the preparation of the interpenetrating polymer networks (IPNs). The membranes characterization was done by FTIR spectroscopic, scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric (TGA) and dynamic mechanical (DMA) analysis. The study of the ionic transport through the membranes was evaluated using a three-compartment cell. The results obtained using these membranes, were compared to those obtained with the commercial membrane Nafion 450, being found a chromium and sodium transport similar to the commercial membrane. The electrodialysis experimental assays were also carried out in a commercial pilot system to evaluate the performance of the membranes with superior dimensions (172 cm2) of the samples used in laboratory cell (16 cm2). The preliminary cost of preparation of the membrane and polyaniline used was also evaluated.

Os efluentes vinícolas, especialmente as borras geradas nas trasfegas, possuem um grande potencial poluidor. Por outro lado, estes efluentes são ricos em compostos orgânicos, especificamente polifenóis e polissacarídeos. Consequentemente, estes efluentes podem ser considerados matéria-prima para a recuperação destes compostos. Portanto, o presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um processo, baseado em filtração por membranas, para a recuperação de polifenóis e polissacarídeos presentes nos efluentes gerados na segunda trasfega da produção de vinhos tintos. Para tal, foram avaliados e otimizados pré-tratamentos como a sedimentação, variando o pH, e a filtração a vácuo associada a diluições. Posteriormente, foram investigados processos de separação por membranas, nomeadamente microfiltração, ultrafiltração e nanofiltração variando os principais parâmetros de operação, tais como: pressão transmembrana, vazão de recirculação da alimentação e fator de concentração volumétrico. A otimização destes parâmetros foi fundamental para se atingir uma maior produtividade, tanto em termos de fluxos de permeação quanto em termos da recuperação dos compostos de interesse. O processo resultante desta pesquisa consiste na diluição dos efluentes da segunda trasfega e posterior microfiltração, para remoção de turbidez e sólidos em suspensão, resultando na recuperação dos polifenóis e polissacarídeos no permeado da microfiltração, 21% e 5,4% respectivamente. Posteriormente, foi possível separar os polifenóis dos polissacarídeos através de ultrafiltração, de modo que os polissacarídeos majoritariamente ficam na corrente do retido enquanto os polifenóis preferencialmente permeiam as membranas. Na sequência, os polifenóis que permearam a membrana de ultrafiltração podem ser concentrados com nanofiltração, face à membrana NF270 apresentar rejeição a polifenóis superior a 92%. Assim, a integração de diferentes processos de separação por membranas surge como uma alternativa para a recuperação de polifenóis e polissacarídeos bem como para o fracionamento dessas macromoléculas. / Winery effluents, especially the wine lees generated in the rackings, have a high pollution potential. However, they are rich in organic compounds, in particular polyphenols and polysaccharides. Consequently, these effluents can be considered as raw material for the recovery of these compounds. Therefore, the present study aims to develop a process based on membrane filtration for the recovery of polyphenols and polysaccharides present in the effluents generated in the second racking from red wines production. For this reason, pre-treatments were evaluated and optimized such as the sedimentation, varying the pH, and the vacuum filtration associated with dilutions. Subsequently, membrane separation processes have been investigated, namely microfiltration, ultrafiltration and nanofiltration, changing the main operating parameters, such as transmembrane pressure, feed recirculation flow rate and volumetric concentration factor. The optimization of these parameters was essential for achieving higher productivity both in terms of permeation flux as in terms of the recovery of the compounds of interest. The process resulting from this research consists of diluting the effluent from the second racking with a subsequent microfiltration for removal of turbidity and suspended solids, thus resulting in the recovery of polyphenols and polysaccharides in the microfiltration permeate, 21% and 5.4% respectively. Later, it was possible to separate the polysaccharides of the polyphenols by ultrafiltration, so that the polysaccharides mainly stayed in the retentate stream, while polyphenols preferentially permeated the membranes. Sequentially, the polyphenols that permeated the ultrafiltration membrane may be concentrated by nanofiltration, considering that the NF270 membrane presented polyphenols rejection higher than 92%. Thus, the integration of different membrane separation processes is an alternative for the recovery of polyphenols and polysaccharides, as well as for the fractionation of these macromolecules.

A separação de gases através de membranas é uma técnica atualmente bem aceita, mas está em constante desenvolvimento tendo como principal foco de estudo a obtenção de membranas com alta permeabilidade e seletividade. Um dos processos que tem apresentado destaque na separação de gases com membranas é a purificação do gás natural (GN), uma vez que o aumento da sua demanda requer o aumento da produção de GN com elevada qualidade. A maior parte das aplicações com membranas na purificação do GN diz respeito à remoção do CO2 utilizando membranas poliméricas. Um adequado balanço entre a permeabilidade e a seletividade constitui um aspecto fundamental no desempenho dessas membranas, uma vez que o fator de separação geralmente diminui com o aumento da permeabilidade do componente mais permeável. Essas propriedades das membranas poliméricas são governadas pelas diferenças entre a mobilidade e a solubilidade de cada gás penetrante através da matriz polimérica e também pela estrutura dessa matriz, sendo que as propriedades de transporte dos gases através da membrana são significativamente diferenciadas entre os polímeros elastoméricos e vítreos. Apesar de existirem muitos trabalhos publicados na área de separação de gases com membranas, a pesquisa nesta área no Brasil ainda carece de investimentos no que diz respeito à produção de membranas e ao seu uso nos processos. Dentro deste contexto, este trabalho teve como objetivo a síntese de filmes de poli(dimetilsiloxano) (PDMS) e de triacetato de celulose (TAC), seletivos ao dióxido de carbono, a partir de soluções poliméricas. Os filmes densos sintetizados foram avaliados com relação às propriedades de transporte aos gases puros N2, CO2 e CH4. O coeficiente de solubilidade dos gases nos filmes foi determinado através da técnica do decaimento de pressão em uma unidade de bancada construída neste trabalho especialmente para este fim. A permeabilidade dos gases foi avaliada em um sistema de bancada e a morfologia das membranas foi estudada através de Microscopia Eletrônica de Varredura. Os resultados dos testes mostraram que a escolha do material suporte dos filmes poliméricos é essencial para obter-se uma camada seletiva fina e íntegra. As membranas de PDMS foram as que apresentaram melhores resultados, com seletividade ideal ao par CO2/CH4 de até 4,1 e permeabilidades semelhantes à literatura, enquanto que as membranas de TAC não apresentaram fluxos dos gases e seletividades satisfatórios nas condições testadas. / Membrane gas separation is a well-accepted technology, but it is still under continuous development, mainly in aspects related to the production of membranes with high permeability and selectivity. Natural gas (NG) purification can be mentioned as an outstanding application of membrane based gas separation processes, which has grown significantly over the years due to the increasing demand for this product and higher requirements regarding its quality. Most applications of membranes in NG purification are related to the carbon dioxide removal with polymeric membranes. Adequate balance between permeability and selectivity constitutes a fundamental aspect in the performance of these membranes, since the separation factor generally decreases with the increase in the permeability of the most permeable component. These properties of the polymeric membranes are governed by the differences of mobility and solubility of each permeant through the polymeric matrix and by the structure of this matrix, with the transport properties of gases through a membrane differing significantly between elastomeric and glassy materials. Although there are many studies published on gas separation processes, in Brazil there is still lack of investments related to the production of membranes and their use in processes. In this context, the goal of this study was to synthesize poly(dimethylsiloxane) (PDMS) and cellulose triacetate (CTA) films, selective to carbon dioxide. The dense films synthesized from polymeric solutions were evaluated with respect to the transport properties of three pure gases (N2, CO2 and CH4). The solubility parameter (or sorption coefficient) of the gases in the polymeric films was determined using the pressure decay method, in a unit built as part of the present work specifically for this purpose. The gas permeability was assessed in a bench scale system and the morphology of the membranes was studied using Scanning Electron Microscopy. The results obtained showed that the choice of membrane support material is essential to obtain a thin and integral selective polymeric layer. PDMS membranes showed the best performance, with the ideal selectivity of pair CO2/CH4 up to 4.1 and values of permeability similar to those reported in the literature, while the CTA membranes did not present satisfactory values of permeate flux and gas selectivity under the conditions considered.

A integração da tecnologia de separação por membrana em processos convencionais de lodos ativados representa uma inovação importante na evolução da tecnologia de tratamento biológico de efluentes. Este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho de um biorreator com membranas submersas, provido de um sistema de retrolavagem das membranas, utilizado para o tratamento contínuo de um efluente sintético. As membranas utilizadas foram do tipo fibras ocas e fabricadas do material poli(éter-imida). Foram testadas diferentes condições de aeração e freqüências de retrolavagens. Em todas as condições testadas foi observado o decréscimo contínuo e acentuado do fluxo permeado com o decorrer do tempo, com fluxos permeados finais aproximados de 10 L.m-2.h-1, e o sistema de biorreator com membranas aparenta não responder de forma adequada aos métodos de controle do fouling. Os experimentos mais longos, 80 horas de duração, apresentaram um decréscimo de 50% do fluxo permeado inicial nas melhores condições experimentais testadas, não sendo observado um estado estacionário para o fluxo permeado. Foi verificado que as características do efluente sintético (a base de soro de leite) têm influência na formação do fouling, já que mesmo na ausência de lodo ativado foi observada a redução do fluxo permeado de forma semelhante aos demais experimentos. Entretanto, após a substituição do efluente sintético por outro mais simples (a base de glicose e peptona) continuou sendo observado fouling intenso. Os dados experimentais foram ajustados aos modelos de Hermia e foi constatado que o mecanismo de formação de fouling segue os modelos de bloqueio completo e intermediário para a etapa inicial de permeação e o modelo de formação de camada de torta para a etapa final. Também foi realizado um estudo, em paralelo, sobre a adsorção de EPS nas membranas de poli(éter-imida). Foi verificado que a membrana de poli(éter-imida) sofre grande adsorção de EPS, mostrando elevada redução de permeabilidade. Foi proposto um modelo de redução de permeabilidade devido à adsorção de EPS que se revelou eficiente para a análise dos dados experimentais, mesmo quando utilizado na análise de dados de outros autores. / The integration of the membrane separation technology in conventional processes of activated sludge represents an important innovation in the technology evolution of biological wastewater treatment. This work evaluated the performance of a submerged membrane bioreactor, provided with a membrane backwashing system, used for the continuous treatment of a synthetic wastewater. The hollow fiber membranes were manufactured by polyetherimide material. Different aeration and backwashing cycles conditions were tested. The membrane bioreactor system seems not to answer satisfactorily to the strategies to limiting fouling. The continued and accented decrease of the permeate flux over time were observed for all the conditions tested, with final permeate fluxes approached of 10 L.m-2.h-1. The longer experiments, 80 hours of duration, presented a decrease of 50% of the initial permeate flux in the best tested experimental conditions, not being observed a steady-state permeate flux. It was verified that the synthetic effluent (whey based) has some influence in the fouling formation, since even in the absence of activated sludge it was observed a permeate flux reduction similar to that observed on the others experiments. However, intense fouling still was observed after changing the synthetic effluent for another more simple (glucose and peptone based). The experimental data were adjusted to the Hermia model. Fouling mechanism follows the complete and intermediate blocking models at the beginning of the permeation stage and the cake formation model for the later stage. A parallel study of the EPS adsorption in polyetherimide membranes was also carried out. Polyetherimide membrane presented great EPS adsorption with high permeability reduction. An EPS adsorption model was proposed and it showed efficient for experimental data analysis, even when other authors data were analyzed.

O fenômeno de segregação celular ocorre tanto na estruturação inicial dos organismos (morfogênese) quanto durante a regeneração de tecidos danificados. O reordenamento celular ocorre através do agrupamento de células de um mesmo tipo. A evolução do tamanho destes agregados é objeto de experimentos e de simulações relatados na literatura há mais de vinte anos. Os resultados encontrados, no entanto, são controversos. Ao simular a segregação celular pode-se obter uma lei de potência ou uma dependência logarítmica para a evolução do tamanho desses agregados. Por outro lado, dentro de certos intervalos, os experimentos podem ser ajustados com leis de potência, mas os expoentes obtidos diferem dos sugeridos nas simulações, deixando obscura a compreensão do problema. Para entender a origem física deste fenômeno estendemos os modelos de simulações baseados em diferença de adesão para incluir as hipóteses: de diferença de velocidades, de reconhecimento celular e de motilidade de grupo. Verificamos que as proporções de células de cada tecido são determinantes na distribuição espacial final do agregado e mapeamos isto em um diagrama. Para estudar a evolução do crescimento de agregados utilizamos dois métodos: a aproximação de agregado médio e a abordagem através da equação de coagulação-fragmentação de Smoluchowski. Em ambas abordagens supomos que as células formam agregados com simetria esférica e que o mecanismo principal responsável pela segregação é a fusão binária de agregados. Usando o primeiro método obtivemos resultados analíticos que mostram os efeitos de tamanho finito tanto das células individuais quanto do tamanho do sistema sobre as leis de evolução temporal. Além disso, a partir do ajuste de dados experimentais, mostramos que os expoentes corretos das leis de potência só podem ser obtidos redefinindo-se a dependência da constante de difusão dos agregados com sua massa. Para levar em conta o efeito da flutuação de tamanho dos agregados, uma equação de Smoluchowski generalizada é proposta. A distribuição de tamanhos de agregados é obtida integrando-se esta equação e, após, esse resultado é comparado com experimentos e simulações. / The celular segregation happens both in the initial organism structuration (morphogenesis) and in tissue regeneration. Cell sorting happens by grouping of cells of the same kind. The size evolution of these cluters has been reported in experiments and simulations in the literature in the last twenty years. The results found are, nevertheless, controversial. When simulating cell segregation one may obtain a power law or a logaritmic dependency for their evolution. On the other hand, within a limited range, the experiments suggest a power law, however the exponents differ from those obtained by simulations, leaving the problem undefined. In order to understand the physical origin of this phenomenon we have extended the simulations models based on differential adhesion to include the hypotheses of diferential velocities, cell recognition and diferential group motilities. We have verified that different cell type proportions determine different final cell spatial distribution and mapped this in a diagram. In order to study the evolution of cluster growth we have used two methods: the mean cluster approach and the Smoluchowski coagulation-fragmetation equation approach. In both cases we suppose that the cells form spherical clusters and that the primary aggregating mechanism is through binary cluster fusion. Using the first method we obtain analytic results showing the effects produced by the finite size of the individual cells and of the finite syze of the system on the evolution laws. Besides, from the experimental data fitting, we have shown that the correct exponent for the power laws is obtained only if we redefine the difusion constant dependency with the cluster mass. In order to consider the cluster size fluctuation effect, a generalized Smoluchowski equation is proposed. The system cluster size distribution is obtained integrating this equation and, then, this result is compared with experiments and simulations.

O presente trabalho investigou a preparação e obtenção de celulose nanocristalina (whiskers de celulose ou nanocristais de celulose) para aplicação em membranas poliméricas compósitas de polisulfona, preparadas pelo método de inversão de fases. A preparação de whiskers de celulose foi realizada através de hidrólise ácida com ácido clorídrico da celulose microcristalina, e a caracterização foi feita através de microscopia eletrônica de transmissão. A celulose microcristalina é obtida da hidrólise de fibras de celulose, que no caso deste trabalho, foram obtidas de diferentes fontes naturais (eucalipto e Pinus taeda). As fibras das duas fontes naturais, obtidas do processo industrial kraft, foram previamente caracterizadas quimicamente a fim de avaliar a eficiência deste processo na remoção de outros componentes característicos de materiais lignocelulósicos, como lignina e hemicelulose. Posteriormente as fibras e as microceluloses obtidas foram caracterizadas por análises termogravimétricas, calorimetria exploratória diferencial, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura. As análises de caracterização mostraram a eficiência do processo kraft, onde os teores de lignina e hemicelulose puderam ser desconsiderados, e a obtenção de celulose microcristalina de ambas as fontes, evidenciadas pelo significativo aumento nos índices de cristalinidade. Devido a problemas com a caracterização dos whiskers de celulose, as membranas de polisulfona foram reforçadas apenas com fibras de celulose e com a celulose microcristalina. As membranas foram caracterizadas por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, microscopia eletrônica de varredura e testes de fluxo e retenção de proteína. As análises de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier indicaram uma boa homogeneidade das fibras e microceluloses nas membranas com o surgimento de um pico característico da celulose no espectro da membrana compósita. Nas análises de microscopia eletrônica de varredura observaram-se morfologias diferentes, principalmente com a presença de macrovoids e estruturas finger-like. Estas morfologias estão associadas às diferentes condições de preparo das membranas, onde diferentes tempos de evaporação antes da inversão de fases provocaram a formação de diferentes estruturas nas membranas. Outro fator que pode ter influenciado nas diferentes morfologias das membranas é a adição de cargas de reforço, onde fibra e microcelulose contribuíram de formas distintas para o desempenho e morfologia das membranas. A avaliação da influência das fibras de celulose, da microcelulose e das diferentes estruturas morfológicas, nas membranas, foi avaliada pelos testes de fluxo e retenção de albumina de ovo. Os resultados mostraram a excelente propriedade da microcelulose como material de reforço, onde a retenção da proteína da membrana polisulfona/celulose microcristalina foi superior a 90%. O tempo de evaporação pode ter auxiliado neste valor de retenção, considerando que um maior tempo de evaporação diminuiu a presença de estruturas finger-like nas membranas compósitas. Em função da alta retenção da proteína e da pressão transmembrana aplicada nos ensaios de permeação (até 20 bar), as membranas com celulose microcristalina podem ser aplicadas em processos de ultrafiltração. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work investigated the preparation and obtaining of nanocrystalline cellulose (cellulose whiskers or cellulose nanocrystals) for use in polysulfone composite membranes prepared by phase inversion method. Preparation of cellulose whiskers was held by acid hydrolysis, with hydrochloric acid, of microcrystalline cellulose and the characterization was performed by transmission electron microscopy. Microcrystalline cellulose was obtained from acid hydrolysis of cellulose fibers which in case of this study were obtained from different natural sources (eucalyptus and Pinus taeda). The fibers of both natural sources, obtained from kraft industrial process, were previously chemically evaluated in order to evaluate the efficiency of this process in the removal of other characteristic components of lignocellulosic materials such as lignin and hemicellulose. More later fibers and microcellulose obtained were characterized by thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Characterization analysis showed the efficiency of the kraft process, where the lignin and hemicelluloses could be ignored, and obtained microcrystalline cellulose from both sources, as evidenced by the significant increase in crystallinity index. Due to problems with the characterization of cellulose whiskers, polysulfone membranes were only reinforced with cellulose fibers and microcrystalline cellulose. Membranes were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, flow tests and protein retention. Fourier transform infrared spectroscopy analysis indicated good homogeneity of fibers and microcellulose in the membranes by appearance of a characteristic peak of cellulose on composite membrane spectrum. In scanning electron microscopy analysis different morphologies can be observed, specially with the presence of macrovoids and finger-like structures. These morphologies are associated with different conditions of membranes preparation, where different evaporation times before phase inversion bath caused the different structures formation on membranes. Another factor that may have influenced different morphologies of the membranes is the addition of reinforcement fillers, where fiber and microcellulose contributed differently to the membranes performance and morphology. The evaluation of the influence of cellulose fibers and microcellulose on different morphological structures of membranes was evaluated by flow and egg albumin retention. The results showed the excellent property of microcellulose as reinforcement material, where the protein retention of the polysulfone/microcellulose membrane was higher than 90%. The evaporation time may have helped in this retention value, whereas a longer evaporation decreased the presence of finger-like structures in composite membranes. Due to high protein retention and transmembrane pressure applied in the permeation tests (up to 20 bar), the membranes with microcrystalline cellulose can be applied in ultrafiltration process.

Orientadores: Helena Teixeira Godoy, Roy Edward Bruns / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-16T15:04:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meinhart_AdrianaDillenburg_D.pdf: 1252628 bytes, checksum: b7a02daccb3ff84e9c4321162440ec4f (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Os carboidratos são compostos muito abundantes na natureza. Estão presentes em todas as etapas evolutivas, tanto em vegetais como animais. Quaisquer reações, de anabolismo ou catabolismo envolvem, de alguma forma, algum carboidrato. Na indústria alimentícia são responsáveis por diversos fenômenos que promovem efeitos químicos, físicos e sensoriais nos alimentos. A importância destes compostos acompanha etapas que vão desde a obtenção da matéria-prima, a formulação, o processamento, as características do produto final até o tratamento dos resíduos gerados. São compostos de ações biológicas e tecnológicas distintas, mas de características físico-químicas semelhantes e, por isso, de difícil separação. Diversos métodos já foram desenvolvidos para a análise desses compostos. No entanto, dentre a literatura pesquisada, nenhum método investigou a possibilidade de separação simultânea dos 13 carboidratos geralmente encontrados em alimentos: glicose, frutose, sacarose, lactose, galactose, lactulose, epilactose, arabinose, manose, maltose, xilose, ribose e maltotriose. Nesse estudo, foram avaliados os efeitos de três diferentes metodologias na separação desses compostos, envolvendo eletroforese capilar de zona, cromatografia eletrocinética micelar com tensoativo catiônico e tensoativo aniônico. Foram investigados diversos fatores que possam influenciar na separação, dentre eles, o tipo e a concentração do eletrólito, o pH, a concentração de surfactante, a voltagem, temperatura, adição de outros sais como tetraborato de sódio, fosfato de sódio, acetato de sódio e cloreto de sódio e a adição de solventes orgânicos como etanol e acetonitrila. Foram utilizadas técnicas estatísticas multivariadas para a otimização do pH, da concentração do eletrólito e do tensoativo. Através da função de Derringer e Suich foi possível realizar a avaliação simultânea de várias respostas e prever as condições analíticas das metodologias de separação. Utilizando a eletroforese capilar de zona foi possível obter a separação de 8 compostos, por cromatografia eletrocinética micelar contendo surfactante catiônico foi possível separar 9 compostos (sacarose, lactose, lactulose, glicose, arabinose, manose, frutose, xilose e ribose), enquanto que utilizando tensoativo aniônico foi obtida a separação dos 13 compostos. Os métodos estatísticos multivariados se apresentaram como uma valiosa ferramenta para o tratamento dos dados e a predição matemática das condições ótimas de separação. Além disso, permitiram a redução do número de experimentos aliada a obtenção de um grande número de informações a respeito dos sistemas estudados / Abstract: The carbohydrates are compounds very abundant in nature. They are present in all evolutionary steps, both in vegetables and animals. Any metabolism or synthesis reaction involves, in some way, a carbohydrate. In food industries, carbohydrates are compounds responsible for several phenomena that promote chemical, physical and sensorial effects. These compounds are important in raw material obtention, formulation, processing, final product characteristics and generated residue treatment. They are compounds having different biological and technological actions, but with similar physico-chemical characteristics and, for this reason, are hard of separate. Several methods have been developed for the analysis of these compounds. However, in the research literature, no method investigating the possibility of simultaneous separation of the 13 carbohydrates commonly found in foods: glucose, fructose, sucrose, lactose, galactose, lactulose, epilactose, arabinose, mannose, maltose, xylose, ribose and maltotriose was found. In this work, three different methodologies for the separation of these compounds were evaluated, involving capillary zone electrophoresis, micellar electrokinetic chromatography with cationic and anionic surfactants. Several factors that could influence the separation were assayed, electrolyte type and concentration, voltage, temperature, addition of sodium tetraborate, sodium phosphate, sodium acetate and sodium chloride salts and addition of organic solvents like ethanol and acetonitrile. Multivariate statistical techniques were used to optimize pH and electrolyte and surfactant concentrations. Employing the Derringer and Suich desirability function it was possible to make a simultaneous evaluation of several responses and predict the optimum analytical conditions of separation. Using the method of capillary zone electrophoresis it was possible to obtain the separation of 8 compounds, by micellar electrokinetic chromatography containing cationic surfactant. It was possible to separate 9 compounds (sucrose, lactose, lactulose, glucose, arabinose, mannose, fructose, xylose and ribose), when using an anionic surfactant. it was obtained the 13 compounds separation. The multivariate statistical methods were a valuable tool for data treatment and for mathematical prediction of the optimum separation conditions. Moreover, they allowed a reduction in number of experiments as well as the obtention of a great amount of information concerning the studied systems / Doutorado / Doutor em Ciência de Alimentos

Orientador: Mario de Jesus Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T02:27:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Baraldi_IltonJose_M.pdf: 1389804 bytes, checksum: d74d33870241a616d741b8f406e1aea4 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Neste trabalho, simulou-se colunas de destilação binária com o objetivo de controlar este processo de separação utilizando um controlador LM.C., para controlar as composições do destilado e do produto de fundo da coluna. Para o projeto do controlador LM.C. foi necessário desenvolver um modelo linear reduzido que fosse simples e representasse bem o processo.Utilizando-se dos modelos reduzidos desenvolvidos, projetou-se um controlador I.M.C. que foi implementado utilizando-se de algoritmos de controle digital que apresentou resultados de controle satisfatório, demostrando a simplicidade e a validade do sistema de controle proposto / Abstract: Dual-control of distillation columns is both an operationally important and a technically challenging problem. This work first analyses the reduced-order modeling of binary distillation columns. A basic second-order model was developed and then suitably modified to account for the lag-time due to the plate liquid holdup. This model was then used to implement a LN dual-control I.M.C. strategy of the column. The results obtained show that this strategy is clearly superior to the conventional two-Ioop PID dual-control / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Mario de Jesus Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T18:29:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_CesarRobertoGuimaraesde_M.pdf: 2053678 bytes, checksum: c70a8b848430bc2fe8255c7380d9b484 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Um dos maiores problemas encontrados no estudo dos processos de separação por estágios é a grande dimensão dos modelos do processo. Deste modo, a simulação desses processos geralmente envolve um grande número de equações algébrico-diferenciais não-lineares cuja solução requer um elevado esforço computacional. Técnicas para reduzir a dimensão destes modelos facilitariam muito a aplicação da otimização on-line e do controle avançado de tais processos. Estas técnicas são chamadas de métodos de redução e os modelos por elas gerados recebem o nome de modelos reduzidos. Neste trabalho a aplicação do método da colocação ortogonal é estendida à solução de equações às diferenças, a partir do desenvolvimento de uma metodologia que unifica o uso da colocação ortogonal tanto para a solução de equações diferenciais quanto para a de equações às diferenças. O objetivo básico do trabalho é o desenvolvimento de modelos reduzidos para processos de separação por estágios. Para tal, as equações de balanço de massa e energia do modelo pratoa-prato original são reescritas na forma de equações às diferenças finitas e em seguida essas diferenças são aproximadas por técnicas de colocação ortogonal discreta. Os resultados obtidos na simulação de alguns casos exemplos apresentaram uma concordância muito boa com os do modelo prato-a-prato, tanto no estado estacionário quanto no transiente, além de uma redução considerável na ordem do sistema e no tempo de processamento / Abstract: One major problem in the study of stage-based separation process is the large dimensionof the process models. Hence, the sim!Jlationof these processes normallyrequires the solution of a large number of algebraic and differentialequations, associated with prohibitive computacional effort. For on-line optimization and advanced control, models with mallerdimensionswould be desirable. In this work the technique of orthogonal collocation is extended to the solution of difference equations, based on the development of an unified approach for the solution of differentialand difference equations. The main objective ofthis work is the development ofreduced-order models for staged separation processoThe mass and energy balance equations for the original tray-by-tray model are rewritten in the form of finite difference equations, and those are then solved by discrete orthogonal collocation. The results obtained ftom the new approach compare very well with the original trayby-tray model results, both for steady-state and dynamicsconditions. The decrease in computational effort is considerable in the magnitude ofthe problem formulation as well as in the time required for the solution / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-22T00:28:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rino_CarlosAlbertoFerreira_M.pdf: 4348510 bytes, checksum: f1460296354c802c1754794941811924 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Os objetivos deste trabalho são a modelagem e a simulação de uma coluna de absorção de pratos multicomponentes, considerando-se os fenômenos físicos mais importantes que ocorrem no processo e a termodinâmica do equilíbrio de fases de maneira rigorosa. O estudo da modelagem é feito no estado estacionário, sendo que a coluna é operada adiabaticamente. Um método desenvolvido inicialmente para colunas de destilação é aplicado para colunas de absorção. A resolução do sistema de equações não-lineares é feita pelo Método de Newton-Raphson. Um software composto por 4 programas é desenvolvido de forma a permitir a simulação interativa, onde a alteração dos parâmetros necessários para os cálculos (arquivo de dados), é feita de forma simultânea e imediata. O procedimento interativo possibilita uma adequada escolha das condições operacionais e, portanto, permite a realização de simulações otimizadas. As simulações realizadas apresentaram resultados muito próximos aos obtidos pelo simulador comercial ASPEN, o que serviu para validação do modelo. No estudo da variação de parâmetros para a otimização da coluna, chegou-se à conclusão de que, para o sistema estudado, a coluna apresenta maior eficiência quando operada sob pressão, com um aumento do fluxo molar e uma diminuição da temperatura da corrente de alimentação líquida e um aumento no peso molecular do solvente líquido. Foi feita, ainda, a simulação da absorção em água de uma corrente gasosa proveniente de um incinerador de resíduos perigosos. A coluna de pratos mostrou-se capaz de enquadrar o padrão de lançamento de HCl na atmosfera de acordo com a norma brasileira, quando operada com maior pressão e com maior fluxo molar da corrente de alimentação líquida / Abstract: The objectives of this work are the modeling and the simulation of a plate, multicomponent absorption column, considering the main phenomena taking place in the process and the rigorous thermodynamic of phase equilibria. The problem is considered in the steady-state and adiabatically. A method initially developed for distillation columns is now applied for absorption columns. The solution of the non linear system of equations is carried out by the Newton-Raphson Method. A software made by four programs is developed in such way to allow an interactive simulation, where the necessary parameter alteration for the calculations is made simultaneously and immediately. The interactive procedure allows suitable choice of the operating conditions and, therefore, allows for optimized solutions. The results of the simulations were near to the ones obtained by the commercial simulator ASPEN, what was important for the model validation. " Operation under high pressure has larger efficiency, the same with low temperature for solvent feed and solvent with higher molecular weight. Finally, in this work, it was carried out a simulation of an absorption process using water as the solvent from a gaseous stream of an incinerator of hazardous waste. This is very important for waste minimization considerations, in particular, in this case, related to the HC1 emission / Mestrado / Mestre em Engenharia Química