Orientador: Tsunao Matsumoto / Banca: Dib Gebara / Banca: Luís Fernando Rossi Léo / Resumo: Historicamente, as indústrias de curtimento de couro são consideradas extremamente poluidoras devido aos seus rejeitos com altas concentrações de matéria orgânica e metais pesados, características que influenciam em vários parâmetros de análise de efluentes, tais como DBO, DQO e sólidos totais. Vários trabalhos foram desenvolvidos, tendo como objeto de estudo o efluente da empresa Fuga Couros Jales Ltda, sediada no município de Jales/SP. O reator anaeróbio UASB em etapa única foi utilizado primeiramente, como dispositivo de tratamento, e posteriormente foi analisado este mesmo reator combinado a pré-tratamento físico químico e pós-tratamento biológico, no entanto nenhum deles apresentou satisfatória eficiência da remoção de DBO, assim como também não atenderam as exigências da legislação vigente, em praticamente quase todos os parâmetros analisados. O presente trabalho teve como objeto de estudo o efluente deste Curtume e seu objetivo principal foi reduzir a carga de compostos de enxofre por oxidação química e reduzir a carga orgânica e de sólidos nas etapas de coagulação-floculação-sedimentação com posterior separação por membrana microfiltrante, e a redução dos sólidos remanescentes no efluente, na etapa de ultrafiltração por membrana, a concentrações aceitáveis para o descarte de efluentes. Para tanto, foram analisados previamente em jar-test uma faixa de pH adequada de trabalho para adição de cloreto férrico e o policloreto de alumínio, assim como analisar seus comportamentos quanto à eficiência de remoção de sólidos e, com relação ao peróxido de hidrogênio, permanganato de potássio e sulfato manganoso quanto à sua eficiência na oxidação de sulfeto. Posteriormente, foram analisadas as interações entre cada um destes reagentes e, em posse dos resultados destas análises, optou-se por aplicar o sulfato... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Historically, the industries of leather tanning are considered highly polluting due to its tailings with high concentrations of organic matter and heavy metals, characteristics that influence on several effluent parameters, such as BOD, COD and total solids. Several studies have been developed, object of to study, the effluent from the company Fuga Couros Jales Ltda, whose locate in Jales/SP city, Brazil. The UASB reactor in single step was used on time first as a treatment device, and later the same reactor combined physical and chemical pre-treatment and post-biological treatment, however none showed removal efficiencies of DBO satisfactory, and also did not reached the goal of the current legislation practically in all analyzed parameters. This research had as object of its study the tannery effluent and its main goal was to reduce the sulfur compounds concentration by chemical oxidation, organic loading and solids reduction in the stages of coagulation-flocculation-sedimentation with subsequent microfiltration membrane separation, and, the reduction of solids still remaining in the wastewater, in ultrafiltration membrane step to acceptable concentrations for effluent disposal. Therefore, were analyzed previously in Jar-Test a pH range suitable for working with the ferric chloride and polyaluminium chloride, and, analyzing their behavior as regards the solids removal efficiency and, with respect to hydrogen peroxide, potassium permanganate and manganous sulfate as the efficiency in the sulfide oxidation. Subsequently, we analyzed the interactions between each of these reagents, and ownership of the results of these analyzes, we chose to apply the manganous sulfate and ferric chloride to the physical-chemical treatment. The proposed treatment presents a good sulfide and suspended solids removal (62% and 96%.), However... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientadores: Teresa Massako Kakuta Ravagnani, Sergio Persio Ravagnani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T00:32:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_AndersonGomes_M.pdf: 1513239 bytes, checksum: fd19ca410b3d800b0b215aa2175ae192 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A redução dos níveis de dióxido de carbono (CO2) é de suma importância, tanto para o combate à poluição atmosférica proveniente de atividades industriais, como no tratamento de correntes gasosas em processos químicos. O método clássico para captura de CO2 engloba sua absorção reativa em solução de aminas, conduzida em colunas de borbulhamento, spray ou recheio. Porém, desvantagens como a formação de espuma e dispersão de fase constituem problemas operacionais significativos desses processos. Alternativamente, módulos de membrana de fibras ocas seriam equipamentos mais adequados para esse fim, apresentando como vantagens uma grande área interfacial e flexibilidade operacional. Nesse sentido, o presente estudo buscou realizar a simulação do processo de absorção de CO2 em módulos de membrana, utilizando soluções aquosas de2-amino-2-metil-1-propanol (AMP), dietanolamina (DEA) e metildietanolamina (MDEA). A modelagem matemática do sistema utilizou expressões da taxa de reação e equações de balanço de massa diferenciais. A resolução numérico-computacional do modelo foi conduzida mediante aplicação dos métodos de colocação ortogonal e de Michelsen, tendo sido implementada em linguagem Fortran. O processo foi estudado em diversas condições operacionais para a análise de sensibilidade paramétrica e os resultados indicam, com base nas características dos diferentes sistemas, as melhores condições gerais de operação. Dentre as aminas consideradas como solventes reativos, as maiores taxas de absorção de CO2 foram previstas com o uso de AMP. Entretanto, sua concentração radial, à saída do módulo de membrana, apresentou forte incidência do fenômeno de depleção da solução absorvedora. Os principais parâmetros que incrementaram a taxa de absorção e, conseqüentemente, a eficiência do módulo de membrana, foram a velocidade de escoamento do líquido absorvente, as concentrações iniciais de CO2 e de amina, o raio interno e o comprimento das fibras. / Abstract: The decrease in the carbon dioxide (CO2) levels is extremely important to avoid atmospheric pollution, from industrial activities, and to the gaseous treatment in several chemical processes. The classical process to the CO2 sequestration involves its reactive absorption into amine solutions, which are carried on bubble, spray or fixed bed columns. However, some disadvantages, such as foam formation and phase dispersion, are serious operational problems to be avoided. Alternatively, membrane modules are supposed to be mode adequate equipments to that aim, which some advantages are great interfacial area and operational flexibility. Under this context, the present study intended to provide the simulation of the CO2 absorption process in hollow fiber membrane module, by using a-amino-2-methyl-1-propanol (AMP), diethanolamine (DEA) and methyldiethanoamine (MDEA) aqueous solutions. The mathematical modeling is based on the inherent rate expressions of the reactive system, besides the differential mass balance equations. The numerical and computational solution was developed by applying the orthogonal collocation and Michelsen methods, which were compiled in Fortran language. The idealized process was studied based on a given standard operational condition, besides a parametric sensibility analysis. The main results, to each sorption system, show the best general conditions to the process operation. Under the standard operation, among the alkanolamines considered as reactive solvents, the best CO2 absorption rate were calculated by using the AMP solution. Nevertheless, its radial concentration tends to suffer the incidence of depletion phenomena in their aqueous solution. The best performance credited to the AMP solution were also confirmed, where the main parameters that increased the absorption rate were the absorbent liquid flow velocity, the initial CO2 and amine concentration, the fibers inner radius and length. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Sergio Persio Ravagnani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-07T19:00:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lavezo_AnaElisa_M.pdf: 1136570 bytes, checksum: e8e9754aa79e23bced02a8fa2d543e4c (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A separação de misturas gasosas é efetuada com o objetivo de obter um ou mais dos constituintes na forma altamente puros. Existem quatro métodos principais aplicados para a separação de gases: absorção, adsorção, destilação criogênia e membranas. A economia do processo determinará qual desses métodos é usado para alguma aplicação particular (Scott, 1995). A era moderna das membranas de separação de gases foi introduzída após 1980, quando as membranas poliméricas se tomaram economicamente viáveis (Robeson, 1999).Atualmente a separação baseada em membranas é utilizada largamente em escala industrial para produção de nitrogênio de alta pureza a partir do ar, tendo importante aplicação na inertização do ambiente para conservação de frutas e vegetais, reatores químicos e produção de NH3, assim como para segurança na operação com líquidos inflamáveis (Spillman, 1989). O objetivo deste trabalho é a otimização do custo total do processo de separação de misturas gasosas multicomponentes utilizando membrana de fibra oca. A otimização foi realizada utilizando o método "Constrained Rosenbrock (Hill AIgorithm)", para obter um produto final com alta qualidade e com um custo total minimizado. Para a otimização do custo total do processo são necessários os seguintes dados fornecidos pelo programa de Caramello (2002): pressão do permeado e da alimentação, taxa de fluxo do lado do alimentado, pureza e recuperação. A equação do custo total utilizada consiste em custo de instalação e custo operacional, ou seja, o custo total é o custo do módulo de permeação, custo de substituição da membrana (assumindo-se a vida útil da membrana a cada 3 anos), custo da energia elétrica e o custo de instalação do compressor.Otimizaram-se primeiramente dois parâmetros, número de cartuchos de membrana de fibra oca (QM) e pressão de alimentação (pt), em seguida fixou-se o número de cartuchos de membrana de fibra oca e foi otimizada a pressão de alimentação verificando se assim para cada análise o custo total otimizado para as seguintes purezas: 85%, 90%, 95% e 99% / Abstract: The separation of gas mixtures is made under the objective of obtaining one or more representatives in the highly pure form. Four methods can be used in gas separation: absorption, adsorption, distillation cryogenics and membranes. The economy of the process will determine which method will be used in a specific application (Scott, 1995). The modem era of gas-separation membrane was introduced in the early 1980s, when polymeric membranes became economically viable. (Robeson, 1999). Nowadays, membranes separation is used wide in industrial scale for the production of nitrogen in a high purity level from the air. This is an essential method for the inertization of the atmosphere air for fruits and vegetables storage, quimicos reactors and production of NH 3, as well as for safety when operating inflammable liquids (Spillman, 1989). The objective of this work is to optimization the cost related to the process of separation of multicomponents gas mixtures using membrane of hollow fiber. The optimization was made using "Constrained Rosenbrock (Hill Algorithm)", in order to obtain a high quality product with a reduced cost. For the process cost optimization the following data supplied for the program of Caramello (2002) is needed: feeding and permeated pressure, flow tax next to the feeder, purity and recovery. The equation of the cost used consists of: installation cost and operational cost. The total cost consists of the permeation module cost, the membrane substitution cost (assuming it useful life of the membrane to each 3 years), the electricity cost and finally the cost of the compressor installation. One first optimized two parameters: amount of membranes (QM) and pressure of feeding (P / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestre em Engenharia Química

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation sought to understand the mechanisms of mass transfer along the inner surface of cylindrical microfiltration membranes, which are associated with phenomena of diffusion and convection of one or more chemical species in a suspension. The chemical species present in the suspension are separated based on differences between the sizes of particles in relation to the average diameter of pore membrane. The driving force used in the separation process is the transmembrane pressure at which the membrane is submitted. Mathematical models capable of representing the concentration profile of solute along the membrane were used and solved using the lines method with finite differences in order to describe, in general, the behavior of chemicals, especially enzymes, along with cylindrical membranes (hollow fibers or capillary membranes or tubular membranes). Tangential filtration process was studied in the transient and permanent flow. The data obtained with the solutions of the model were compared with experimental data obtained from literature for the á and â amylases enzymes from corn malt (Zea mays) and found that the numerical method of finite differences used to solve the numerical model produced consistent results with experimental data and they are representative of the phenomenon. / Nesta dissertação buscou-se entender os mecanismos de transferência de massa junto à superfície interna de membranas cilíndricas de microfiltração, onde estão associados fenômenos de difusão e convecção de uma ou mais espécies químicas presentes em uma suspensão. As espécies químicas presentes na suspensão são separadas com base nas diferenças entre os tamanhos das partículas em relação ao diâmetro médio de poros da membrana. A força motriz utilizada no processo de separação é a pressão transmembranar a que a membrana é submetida. Modelos matemáticos capazes de representar o perfil de concentração do soluto ao longo da membrana foram utilizados e resolvidos utilizando o método das linhas associado com o método das linhas associado ao método das diferenças finitas com o objetivo de descrever, de uma forma geral, o comportamento de substâncias químicas, especialmente de enzimas, ao longo de membranas cilíndricas (hollow fibers ou membranas capilares ou membranas tubulares). O processo de filtração tangencial foi estudado operando em regime transiente e estacionário. Os dados obtidos com as soluções do modelo foram comparados com os dados experimentais obtidos da literatura para as enzimas á e â amilase a partir do malte de milho (Zea mays) e verificou-se que o método numérico das diferenças finitas, utilizado para resolver o modelo numérico, produziu resultados compatíveis com os dados experimentais e são representativos do fenômeno estudado. bioproduto.

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T04:48:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TorresAlvarez_MarioEusebio_D.pdf: 10381978 bytes, checksum: 6d92d3ef3288c11e5d00589fa7bff9e7 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho de tese, foi realizado um estudo do potencial do processo de pervaporação como um processo de separação de misturas azeotrópicas. Foram realizados o estudo, a avaliação e a comparação de dois modelos matemáticos selecionados da literatura par o processo de pervaporação, que têm como base o mecanismo solução-difusão. Forma desenvolvidos dois programas computacionais, o PERKAT e o PERBRUN, que pemitiram avaliar, segundo estes modelos, qualquer tipo de mistura binária, aqui exemplificados pelos sistemas etanol/água e acetato de metila/água. Foi proposto um modelo matemático a partir do mecanismo solução-difusão procurando minimizar a necessidade de dados experimentais e assim, possibilitar a avaliação rápida em estágios iniciais de projetos de processos. Foi , ainda, elaborado um algoritmo de calculo para o processo de pervaporação. Afim de obter um modelo mais robusto, minimizando a necessidade de dados experimentais, foram realizados e estudo da predição do coeficiente de difusão na membrana, a determinação do parâmetro de interação binário solvente/polímero, a validação do método de predição com dados experimentais e uma análise de sensibilidade paramétrica. Com isso, foi desenvolvido o simulador ¿PERVAP¿ a partir do modelo matemático proposto neste trabalho. A intenção foi possibilitar ao engenheiro de processos tomadas de decisão rápidas a respeito da possibilidade de usar o processo de pervaporação para a separação de uma mistura binária qualquer ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: In this work, a study of the potential of pervaporation process for the separation of azeotropic mixtures was carries out. Two mathematical models were chosen from the literature for pervaporation process based on solution diffusion mechanism and a study, an evaluation and a comparison between these models were made. Two computational programs were developed, PERKAT and PERBRUN, which allow the evaluation, according to these models, of any type of binary mixture, here exemplified by the system ethanol/water and methyl acetate/water. A mathematical model was proposed based on the solution-diffusion mechanism with the aim of minimizing the necessity of experimental data and, thus, to make possible the fast evaluation in early stages of process design.Furthermore, it was elaborated a calculation algorithm for the pervaporation process. In order to get a more robust model, minimizing the necessity of experimental data, the study of the prediction of the diffusion coefficient in the membrane, the determination of the binary interaction parameter of solvent/polymer, the validation of the prediction method with experimental data and a parametric sensitivity analysis were carried out. With this, the "PERVAP" simulator was developed from the mathematical model proposed in this work. The intention was to make possible for engineers to take rapid decisions regarding the possibility for using the pervaporation process for separating any binary mixture ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Teresa Massako Kakuta Ravagnani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T19:44:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_PauloJardelPereira_M.pdf: 1672087 bytes, checksum: 39df6a7017efe009f53dbd9aecb301b1 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Estireno é um importante monômero na fabricação de termoplásticos e borrachas sintéticas. Grande parte de sua produção é baseada na desidrogenação catalítica do etilbenzeno. O aumento da produtividade do estireno pode ser alcançado utilizando-se membranas permseletivas para remoção do hidrogênio, suprimindo as reações reversíveis e secundárias. Este trabalho apresenta a simulação do processo de desidrogenação em um reator tubular de leito fixo catalítico envolto em membrana composta permseletiva. A modelagem matemática desenvolvida considera os diferentes mecanismos de transporte de massa que prevalecem nas várias camadas da membrana e no leito fixo catalítico. A remoção do Hidrogênio do leito catalítico foi realizada estabelecendo-se um gradiente de potencial químico de hidrogênio através da membrana. Duas formas de remoção de hidrogênio foram estudadas: pela aplicação de uma diferença de pressão através da membrana e pelo arraste com gás inerte. Um programa computacional foi implementado para descrever os perfis de temperatura, pressão e concentração ao longo de todo o reator, bem como a conversão do etilbenzeno, seletividade e produtividade de estireno. Comparando os resultados obtidos no leito fixo convencional operando na condição industrial padrão com os obtidos na aplicação de diferença de pressão através da membrana, observou-se um acréscimo na conversão de etilbenzeno de 19,89 % na mesma seletividade do estireno, representando um aumento de 19,12 % na produtividade de estireno. Este mesmo aumento foi também alcançado com o uso de gás de arraste inerte. Por este motivo, este procedimento é a opção mais recomendada, por agregar custo menor ao processo. Através da simulação do sistema em diferentes condições do processo e configurações do reator e da membrana, obteve-se um acréscimo de 40,98 % na produtividade de estireno comparada a do processo com leito fixo convencional / Abstract: Styrene is an important monomer in the manufacture of thermoplastic and synthetic rubbers. Most of the production is based on the catalytic dehydrogenation of ethylbenzene. The increase of the styrene productivity can be reached using permselectives membranes for hydrogen removal, suppressing the reversible and secondary reactions. This work presents the simulation of dehydrogenation process in tubular fixed bed reactor wrapped with permselective composite membrane. The mathematical modeling was developed considering the different mechanisms of mass transport that prevail in several membrane layers and in catalytic fixed bed. The removal of the permeated hydrogen was carried out establishing a gradient of chemical hydrogen potential through the membrane. Two forms of hydrogen removal were studied: the application of transmembrane pressure drop and the employment of inert sweep gas. A computational program was implemented to describe the profiles of temperature, pressure and concentration throughout all reactor, as . well as the ethylbenzene conversion, styrene selectivity and productivity. Comparing the simulation results obtained for conventional fixed bed reactor carried on standard industrial operation condition with application transmembrane pressure drop form, it shows an increase of 19.89 % in ethylbenzene conversion in the same styrene selectivity for, meaning an increase of 19.12% in styrene productivity. The same addition was obtained when the inert sweep gas was employed. Therefore, this last proceeding has been recommended as the better option, due to its lower operation cost. Through the system simulation at various operation conditions, using different reactor and membrane configurations, an increase of 40.98 % in the styrene productivity was reached comparing to conventional fixed bed process / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T23:42:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Perioto_FabianoRomero_D.pdf: 1193759 bytes, checksum: 59c15d9b760f3098c6e92c822d878e78 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho de tese, foram realizadas a modelagem e a simulação dos processos de separação pervaporação e osmose inversa aplicados a sistemas binários. A premissa empregada foi o desenvolvimento de metodologias de predição das variáveis de processo da pervaporação e osmose inversa independentes de dados experimentais destes processos; os dados necessários para a predição destas variáveis foram propriedades fundamentais dos componentes puros da alimentação. A partir de uma revisão bibliográfica dos modelos existentes para o processo de pervaporação, foi definida uma metodologia de predição das variáveis de processo baseado no modelo solução-difusão. A etapa inicial da metodologia foi o desenvolvimento de um programa de cálculo das composições de sorção na membrana, baseado no modelo UNIQUAC e no método de contribuição de grupos UNIFAC, adaptados ao uso de polímeros. O programa foi validado pela aplicação a sistemas ideais e não-ideais sob o ponto de vista termodinâmico. Os resultados empregando o modelo UNIQUAC apresentaram boaconcordância com os dados experimentais; no caso dos resultados obtidos via UNIFAC para solventes orgânicos obteve-se um bom ajuste dos dados experimentais, mas, no caso da água, os resultados obtidos pelo modelo não foram adequados. Na segunda etapa da metodologia, foram realizados o estudo da predição do coeficiente de difusão na membrana, a partir do modelo do volume livre, seguindo a abordagem de Fick e Maxwell-Stefan; a determinação dos parâmetros necessários ao respectivo modelo; a aplicação a casos estudos e uma análise paramétrica. Os resultados obtidos concordaram bem com os dados experimentais. Com isto, a partir dos valores de sorção e coeficientes de difusão, foi elaborado um programa para a predição do processo de pervaporação; o programa foi aplicado a casos estudos citados na literatura. Foi também estudada a aplicação da pervaporação ao sistema fenol-água, considerando uma membrana de poli (dimetil siloxano) como agente de separação. Os resultados concordaram bem com os dados experimentais disponíveis e mostraram que uma melhor seletividade e performance de separação foram obtidos em concentrações de fenol na alimentação inferiores a 0,2 % molar. A etapa final do trabalho foi a elaboração de um programa para simulação do processo de osmose inversa tendo como base um modelo derivado da mecânica-estatística. A partir dos parâmetros do modelo, foram preditos a rejeição e fluxo do permeado da mistura etanol-água em uma membrana de poliamida. O coeficiente de difusão de Maxwell-Stefan em alta pressão foi predito e empregado na simulação da osmose inversa / Abstract: In this work, the modelling and simulation of pervaporation and reverse osmosis processes for binary mixtures were carried out. The development of prediction methodologies for process variables of pervaporation and reverse osmosis without the necessity of experimental data was the general guideline followed; the experimental data used in these methodologies were the fundamental properties of pure components of feed. Based on the literature review for available models for pervaporation process, a prediction methodology according to the solution-difusion model was choosen and developed. The inicial step for the methodology elaboration was the development of a software for sorption composition determination in the membrane, based on the UNIQUAC model and UNIFAC group contribution method, both suitable for polymer applications. The software was validated applying it forideal and non-ideal systems on thermodynamic viewpoint. The results obtained according to the UNIQUAC model agreed well with experimental data; in the case of the results obtained by the UNIFAC method when applied for organic solvents, it was obtained a good agreement with experimental data, but, on the other hand, for the water, the results showed that the model must be improved. In the second step of methodology development, the study of the prediction of the diffusion coefficient in the membrane according Fick and Maxwell-Stefan approaches, the determination of models parameters, the validation of the prediction method with experimental data and a parametric sensitivity analysis were carried out. The results agreed well with experimental data. So, using the sorption compositions and diffusion coeficients calculated, it was developed a software for pervaporation prediction; the software was applied for some cases of literature. It was also studied the application of pervaporation to phenol-water system using poly(dimethylsiloxane) as selective barrier. The results agreed well with available experimental data and showed that a best selectivity and separation performance were achieved for phenol concentration lesser than 0.2% molar in the feed side. The final step of this work was the development of a software for simulation of reverse osmosis process based on a mecanical-statistical model. By using the model parameters, the rejection and permeate flux of ethanol-water mixture were predicted in a poliamide membrane. The diffusion coefficient of Maxwell-Stefan in high pressure was predicted and used in the reverse osmosis simulation / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Mirna Lucia Gigante, Rafael Jimenez-Flores / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-09-11T21:12:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_MarceladeRezende_D.pdf: 1269005 bytes, checksum: be9b972dd7766eba5cc6917dd666c5f0 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O leitelho de soro é um subproduto do processamento de manteiga a partir do creme de soro. Esse subproduto lácteo contém fragmentos da membrana do glóbulo de gordura do leite (MGGL), material rico em componentes com funções nutricionais e efeitos benéficos à saúde, destacando-se os fosfolipídeos. O objetivo desse trabalho foi obter um ingrediente lácteo enriquecido em fosfolipídeos da MGGL a partir do leitelho de soro utilizando a associação de duas tecnologias de fracionamento: ultrafiltração e extração com fluido supercritico (EFS). O leitelho de soro foi submetido à ultrafiltração e a cinco diafiltrações a 25 °C e o retentado obtido foi seco em spray-dryer, obtendo-se o leitelho de soro em pó (LSP), o qual foi submetido a três ciclos de extração a 50 °C com dióxido de carb ono supercrítico. As matériasprimas, produtos finais e uma amostra comercial de leitelho tradicional em pó (LTP) foram analisados quanto a sua composição centesimal, teor de fosfolipídeos, perfis lipídico e protéico. Os leitelhos de soro em pó, submetidos ou não à EFS, e o LTP foram avaliados quanto ao tamanho de partículas e suas propriedades funcionais (solubilidade protéica e capacidade emulsificante) em pH 5 e 7. A filtração em membrana reduziu em 74 e 96% os teores de lactose e cinzas no retentado e aumentou os de proteínas, lipídeos e fosfolipídeos em 91, 190 e 300%, respectivamente. A EFS reduziu em 55,4% o teor de lipídeos, removendo exclusivamente lipídeos apolares, com isso aumentou em 71% o teor de fosfolipídeos no leitelho de soro em pó, resultando em um produto com 73% de proteínas, 21% de lipídeos, 3% de lactose, 3% de cinzas e 12% de fosfolipídeos, em base seca. As propriedades funcionais dos leitelhos de soro em pó, submetidos à extração supercrítica (LSP-EFS) ou não (LSP), foram pouco ou não afetadas pelo pH, enquanto o abaixamento de pH prejudicou as características do LTP, devido ao alto teor de caseínas nesse tipo de pó em relação aos de leitelhos de soro. Os pós em soluções (5% de proteína) apresentaram de 69 a 84% de suas partículas, em % volumétrica, entre 10 e 100 µm. A solução de LTP em pH 5 foi a que apresentou a maior quantidade de partículas acima de 100 µm. LSP e LSP-EFS apresentaram solubilidades protéicas em torno de 86 e 84%, respectivamente, independente do pH. O LTP teve a solubilidade reduzida de 86 para 73% quando o pH foi reduzido de 7 para 5. Em pH 7, as emulsões (20% óleo de canola, 1% proteína) de LSP e de LSPEFS apresentaram melhor estabilidade (IC de 0,2 e 0,4%, respectivamente) do a emulsão de LTP (IC de 3,0%). Em pH 5, a emulsão de LSP-EFS foi a que mostrou melhor estabilidade, apresentando um IC de 7%, valor cerca de 82% menor do que os das emulsões de LSP e LTP. Os leitelhos de soro em pó obtidos podem ser considerados ingredientes com características promissoras, associando propriedades tecnológicas, especialmente para uso em alimentos de baixo pH, e conteúdo de compostos potencialmente benéficos à saúde, principalmente após o tratamento com extração supercrítica / Abstract: OBTENTION OF DAIRY INGREDIENT ENRICHED IN POLAR LIPIDS FROM WHEY BUTTERMILK. Whey buttermilk is a by-product from the whey cream processing into butter. This dairy by-product contains milk fat globule membrane (MFGM) fragments, a material rich in components with nutritional functions and beneficial health effects, especially phospholipids. The objective of this research was obtaining a dairy ingredient enriched in MFGM phospholipids from whey buttermilk using the association of two fractionation technologies: ultrafiltration and supercritical fluid extraction (SFE). Whey buttermilk was submitted to ultrafiltration and five diafiltrations at 25 °C. The retentate was spray-dried and later s ubmitted to three cycles of extraction at 50 °C with supercritical carbon dioxi de. Raw materials, final products and a commercial traditional buttermilk powder sample (BMP) were analyzed for gross composition, lipid and protein profiles, and phospholipids content. Whey buttermilk powders, before and after the SFE, and the BMP had particle size and some functional properties (protein solubility and emulsifying capacity) evaluated in pH 5 and 7. Membrane filtration reduced in 74 and 96% lactose and ash contents in the retentate and increased proteins, lipids and phospholipids in 91, 190 and 300%, respectively. SFE reduced in 55.4% the lipids content, removing exclusively non-polar lipids, while increased in 71% the phospholipids content in whey buttermilk powder, resulting in a product with 73% of proteins, 21% of lipids, 3% of lactose, 3% of ash and 12% of phospholipids, in dry matter basis. Functional properties of the whey buttermilk powders, treated (WBP-SFE) or not through SFE (WBP), were little or not affected by pH, while dropping the pH impaired the BMP features, due the high casein content in this type of powder in relation to the ones from whey buttermilk. The powders in solutions (5% protein) presented from 69 to 84% of the particles, in volume%, between 10 and 100 µm. The BMP solution in pH 5 was the one with the biggest amount of particles above 100 µm. WBP and WBP-SFE showed protein solubilities around 86 and 84%, respectively, independent of pH. BMP had the solubility reduced from 86 to 73% when pH was reduced from 7 to 5. In pH 7, the emulsions (20% canola oil, 1% protein) of the WBP and the WBP showed better stability (CI of 0.2 and 0.4%, respectively) than the BMP emulsion (CI of 3.0%). When in pH 5, WBP-SFE emulsion had the best stability, presenting CI of 7%, value about 82% smaller than the ones of WBP and BMP emulsions. Whey buttermilk powders obtained in this work can be considered ingredients with promising features, combining technological properties, especially for use in low pH foods, and content of components with potential health benefits, mainly after the supercritical extraction treatment / Doutorado / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Os processos de separação por membrana (PSM) vêm ganhando destaque em aplicações industriais por conta de suas vantagens, principalmente o baixo custo de implementação e o baixo consumo de energia para sua operação. A utilização de subprodutos agrícolas na obtenção de materiais é uma tendência crescente, sendo os seus maiores atrativos a grande disponibilidade desses subprodutos e por serem uma matéria-prima barata. O presente trabalho teve como principais objetivos a produção de membranas sua utilização na detoxificação do hidrolisado hemicelulósico originado do tratamento ácido do bagaço de cana-de-açúcar. Para tanto foram produzidos dois tipos de membranas a partir de três polímeros diferentes, o acetato de celulose obtido a partir do bagaço de cana, o acetato de celulose comercial e a poliamida 66. Na produção de acetato a partir do bagaço foi realizado um estudo exploratório para extrair a celulose, matéria-prima do acetato, de uma maneira que se obtivesse um material com alto grau de pureza e que as perdas de celulose durante o processo fossem minimizadas. Para a produção das membranas foi utilizada a técnica de inversão de fases. No caso das membranas de acetato de celulose, foi realizada uma variação dos parâmetros utilizados no processo de confecção das membranas (tempo de evaporação do solvente, temperatura do banho de coagulação e tratamento térmico), com o intuito de se estabelecer as melhores variáveis do processo, enquanto que para a poliamida 66, foram utilizadas condições previamente determinadas por outros estudos. Depois de prontas, as membranas foram caracterizadas fisicamente e pelas suas propriedades de fluxo de água pura, fluxo de vapor de água, rejeição de sais, rejeição de açúcares e rejeição de compostos tóxicos. Finalmente, as membranas foram aplicadas no processo de detoxificação do hidrolisado hemicelulósico para testar sua capacidade de remoção de furfural, hidroximetilfurfural (HMF), ácido acético e compostos fenólicos. No estudo de extração da celulose do bagaço, as melhores condições produziram uma celulose com pureza de 84,01%. O acetato produzido apresentou um grau de substituição de 2,52, podendo ser classificado como um triacetato de celulose. Em comparação, o acetato comercial apresentou um grau de substituição de 2,85. Fisicamente, todas as membranas apresentaram uma morfologia que intercalava a presença de poros com regiões nodulares. As membranas de bagaço de cana apresentaram uma considerável fragilidade, por isso nos testes de permeação sob pressão, elas foram suportadas por uma membrana de polissulfona comercial. Todas as membranas de acetato de bagaço e membrana de poliamida apresentaram fluxo de água pura, enquanto que apenas algumas membranas de acetato comercial conseguiram permear água pura. As membranas apresentaram diferentes resultados nos experimentos de rejeição de compostos, resultado das diferenças estruturais entre elas. No ensaio de detoxificação, a membrana que alcançou o melhor desempenho foi a membrana obtida a partir do acetato comercial. Essa membrana conseguiu remover 89,92% de HMF, 91,99% de furfural, 51,52% de ácido acético e 8,35% de compostos fenólicos. As membranas produzidas a partir do bagaço de cana alcançaram uma remoção de 71,66 de HMF, 60,87% de furfural, 91,79% de ácido acético e 10,86% de fenólicos. / Membrane separation processes (MSP) have been highlighted at industrial processes because of their advantages, mainly the low cost of implementation and the low energy consumption during their operation. The utilization of agriculture co-products for the obtainment of material is a increasing trend, wherein the main attractive are the high availability and the low cost of these co-products. The aims of this work were to produce membranes and to investigate their utilization in the detoxification of the hemicellulosic hydrolisate originated from the acid treatment of sugarcane bagasse. For that, two types of membranes were produced from three different types of polymers, cellulose acetate obtained from sugarcane bagasse, commercial cellulose acetate and polyamide 66. For the production of the sugarcane bagasse cellulose acetate it was conducted an exploratory study in order to extract cellulose, raw-material of the acetate, in a manner that the final material possessed high purity degree and the losses of cellulose during the process were minimized. The technique of phase inversion was utilized to produce the membranes. In the case of cellulose acetate membranes, the variation of the membrane production parameters (time of solvent evaporation, temperature of coagulation bath and thermical treatment) was performed for the purpose of establishing the best process parameters, whereas it was utilized previously established conditions found in the literature for the polyamide membrane production. The membranes were characterized physically and for their properties of pure water flux, vapor water flux, salt rejection, sugar rejection and toxic compound rejection. Finally, the membranes were applied in the process of hemicellulosic hydrolysate detoxification for testing their capacity of furfural, hydroxymethylfurfural (HMF), acetic acid and phenolic compound removal. The best conditions of cellulose extraction from sugarcane bagasse were able to produce cellulose with 84.01% of purity. The sugarcane cellulose acetate presented a substitution degree of 2.52, being classified as cellulose triacetate. In comparison, commercial cellulose acetate presented a substitution degree of 2,85. Physically, all membranes possessed a morphology that interspersed the presence of porous and nodular regions. Due to their fragility, sugarcane bagasse membranes were supported by a polysulfone commercial membrane in the tests of permeation under pressure. All sugarcane bagasse membranes and polyamide membrane achieved pure water flux. Nevertheless, just some commercial cellulose acetate membranes could permeate pure water. In the assays of compound rejection, the membranes reached different results, on behalf of their structural differences. The membrane that obtained the best performance in the detoxification process was the membrane produced form commercial cellulose acetate. This membrane was able to remove 89.92% of HMF, 91.99% of furfural, 51.52% of acetic acid and 8.35% of phenolic compounds. The membranes produced from sugarcane bagasse reached a removal of 71.66 of HMF, 60.87% of furfural, 91.79% of acetic acid and 10,86% of phenolics.

Os processos de separação por membrana (PSM) vêm ganhando destaque em aplicações industriais por conta de suas vantagens, principalmente o baixo custo de implementação e o baixo consumo de energia para sua operação. A utilização de subprodutos agrícolas na obtenção de materiais é uma tendência crescente, sendo os seus maiores atrativos a grande disponibilidade desses subprodutos e por serem uma matéria-prima barata. O presente trabalho teve como principais objetivos a produção de membranas sua utilização na detoxificação do hidrolisado hemicelulósico originado do tratamento ácido do bagaço de cana-de-açúcar. Para tanto foram produzidos dois tipos de membranas a partir de três polímeros diferentes, o acetato de celulose obtido a partir do bagaço de cana, o acetato de celulose comercial e a poliamida 66. Na produção de acetato a partir do bagaço foi realizado um estudo exploratório para extrair a celulose, matéria-prima do acetato, de uma maneira que se obtivesse um material com alto grau de pureza e que as perdas de celulose durante o processo fossem minimizadas. Para a produção das membranas foi utilizada a técnica de inversão de fases. No caso das membranas de acetato de celulose, foi realizada uma variação dos parâmetros utilizados no processo de confecção das membranas (tempo de evaporação do solvente, temperatura do banho de coagulação e tratamento térmico), com o intuito de se estabelecer as melhores variáveis do processo, enquanto que para a poliamida 66, foram utilizadas condições previamente determinadas por outros estudos. Depois de prontas, as membranas foram caracterizadas fisicamente e pelas suas propriedades de fluxo de água pura, fluxo de vapor de água, rejeição de sais, rejeição de açúcares e rejeição de compostos tóxicos. Finalmente, as membranas foram aplicadas no processo de detoxificação do hidrolisado hemicelulósico para testar sua capacidade de remoção de furfural, hidroximetilfurfural (HMF), ácido acético e compostos fenólicos. No estudo de extração da celulose do bagaço, as melhores condições produziram uma celulose com pureza de 84,01%. O acetato produzido apresentou um grau de substituição de 2,52, podendo ser classificado como um triacetato de celulose. Em comparação, o acetato comercial apresentou um grau de substituição de 2,85. Fisicamente, todas as membranas apresentaram uma morfologia que intercalava a presença de poros com regiões nodulares. As membranas de bagaço de cana apresentaram uma considerável fragilidade, por isso nos testes de permeação sob pressão, elas foram suportadas por uma membrana de polissulfona comercial. Todas as membranas de acetato de bagaço e membrana de poliamida apresentaram fluxo de água pura, enquanto que apenas algumas membranas de acetato comercial conseguiram permear água pura. As membranas apresentaram diferentes resultados nos experimentos de rejeição de compostos, resultado das diferenças estruturais entre elas. No ensaio de detoxificação, a membrana que alcançou o melhor desempenho foi a membrana obtida a partir do acetato comercial. Essa membrana conseguiu remover 89,92% de HMF, 91,99% de furfural, 51,52% de ácido acético e 8,35% de compostos fenólicos. As membranas produzidas a partir do bagaço de cana alcançaram uma remoção de 71,66 de HMF, 60,87% de furfural, 91,79% de ácido acético e 10,86% de fenólicos. / Membrane separation processes (MSP) have been highlighted at industrial processes because of their advantages, mainly the low cost of implementation and the low energy consumption during their operation. The utilization of agriculture co-products for the obtainment of material is a increasing trend, wherein the main attractive are the high availability and the low cost of these co-products. The aims of this work were to produce membranes and to investigate their utilization in the detoxification of the hemicellulosic hydrolisate originated from the acid treatment of sugarcane bagasse. For that, two types of membranes were produced from three different types of polymers, cellulose acetate obtained from sugarcane bagasse, commercial cellulose acetate and polyamide 66. For the production of the sugarcane bagasse cellulose acetate it was conducted an exploratory study in order to extract cellulose, raw-material of the acetate, in a manner that the final material possessed high purity degree and the losses of cellulose during the process were minimized. The technique of phase inversion was utilized to produce the membranes. In the case of cellulose acetate membranes, the variation of the membrane production parameters (time of solvent evaporation, temperature of coagulation bath and thermical treatment) was performed for the purpose of establishing the best process parameters, whereas it was utilized previously established conditions found in the literature for the polyamide membrane production. The membranes were characterized physically and for their properties of pure water flux, vapor water flux, salt rejection, sugar rejection and toxic compound rejection. Finally, the membranes were applied in the process of hemicellulosic hydrolysate detoxification for testing their capacity of furfural, hydroxymethylfurfural (HMF), acetic acid and phenolic compound removal. The best conditions of cellulose extraction from sugarcane bagasse were able to produce cellulose with 84.01% of purity. The sugarcane cellulose acetate presented a substitution degree of 2.52, being classified as cellulose triacetate. In comparison, commercial cellulose acetate presented a substitution degree of 2,85. Physically, all membranes possessed a morphology that interspersed the presence of porous and nodular regions. Due to their fragility, sugarcane bagasse membranes were supported by a polysulfone commercial membrane in the tests of permeation under pressure. All sugarcane bagasse membranes and polyamide membrane achieved pure water flux. Nevertheless, just some commercial cellulose acetate membranes could permeate pure water. In the assays of compound rejection, the membranes reached different results, on behalf of their structural differences. The membrane that obtained the best performance in the detoxification process was the membrane produced form commercial cellulose acetate. This membrane was able to remove 89.92% of HMF, 91.99% of furfural, 51.52% of acetic acid and 8.35% of phenolic compounds. The membranes produced from sugarcane bagasse reached a removal of 71.66 of HMF, 60.87% of furfural, 91.79% of acetic acid and 10,86% of phenolics.