Este trabalho visa contribuir para o conhecimento dos consumos de energia em uma planta típica de produção de biodiesel. A energia consumida no processo de produção de um combustível deve ser compatível com aquela por ele disponibilizada em suas utilizações. Assim, avaliou-se a energia térmica teórica em kJ/kg envolvida na produção de uma unidade de massa de biodiesel comparando-a com o seu poder calorífico inferior (PCI). Às operações unitárias deste processo, foram aplicados os balanços de materiais e de energia como método para calcular a carga térmica em cada operação para determinar o consumo de energia. Para tanto foi necessário encontrar uma fórmula molecular representativa para o óleo e uma para o biodiesel, com cálculos partindo da massa molar de cada um. A aplicação dos cálculos do balanço de entalpia em algumas operações unitárias dependia dos valores das entalpias de formação do óleo e do biodiesel, que foram calculadas pelo princípio de Hess, através das reações de combustão. O consumo de vapor da planta de biodiesel foi calculado através da massa de vapor consumida em todo o processo sendo comparada com o consumo de biodiesel necessário para a produção desse vapor. O processo analisado consome 25% do biodiesel produzido para gerar suas necessidades de aquecimento, confirmando a utilização do biodiesel como combustível em termos energéticos. / This work aims at contributing to the knowledge of energy consumption in a typical plant of biodiesel production. The energy consumed in the production of fuel must be compatible to the one available in its updating. Therefore, the theoretical thermal energy involved in the production of a biodiesel mass unit in kJ/kg has been evaluated compared to its lower heat value (LHV). To the unitary operations of this process, the balance of materials and energy has been applied as a method to calculate the thermal charge in each operation to determine the energy consumption. To do so, it was necessary to find representative molecular formulas for both oil and biodiesel, with calculations based on the molar mass of each. The application of the calculations of the enthalpy balance in some unitary operations depended on the values of the formation enthalpies of oil and biodiesel, which have been calculated through the principle of Hess, by means of the reactions of combustion. The consumption of steam from the biodiesel plant has been calculated through the steam mass consumed all over the process being compared to the necessary consumption of biodiesel to produce this steam. The analyzed process consumes 25% of the biodiesel produced to generate its heating necessities, confirming the use of biodiesel as fuel in energy terms.

Este trabalho visa contribuir para o conhecimento dos consumos de energia em uma planta típica de produção de biodiesel. A energia consumida no processo de produção de um combustível deve ser compatível com aquela por ele disponibilizada em suas utilizações. Assim, avaliou-se a energia térmica teórica em kJ/kg envolvida na produção de uma unidade de massa de biodiesel comparando-a com o seu poder calorífico inferior (PCI). Às operações unitárias deste processo, foram aplicados os balanços de materiais e de energia como método para calcular a carga térmica em cada operação para determinar o consumo de energia. Para tanto foi necessário encontrar uma fórmula molecular representativa para o óleo e uma para o biodiesel, com cálculos partindo da massa molar de cada um. A aplicação dos cálculos do balanço de entalpia em algumas operações unitárias dependia dos valores das entalpias de formação do óleo e do biodiesel, que foram calculadas pelo princípio de Hess, através das reações de combustão. O consumo de vapor da planta de biodiesel foi calculado através da massa de vapor consumida em todo o processo sendo comparada com o consumo de biodiesel necessário para a produção desse vapor. O processo analisado consome 25% do biodiesel produzido para gerar suas necessidades de aquecimento, confirmando a utilização do biodiesel como combustível em termos energéticos. / This work aims at contributing to the knowledge of energy consumption in a typical plant of biodiesel production. The energy consumed in the production of fuel must be compatible to the one available in its updating. Therefore, the theoretical thermal energy involved in the production of a biodiesel mass unit in kJ/kg has been evaluated compared to its lower heat value (LHV). To the unitary operations of this process, the balance of materials and energy has been applied as a method to calculate the thermal charge in each operation to determine the energy consumption. To do so, it was necessary to find representative molecular formulas for both oil and biodiesel, with calculations based on the molar mass of each. The application of the calculations of the enthalpy balance in some unitary operations depended on the values of the formation enthalpies of oil and biodiesel, which have been calculated through the principle of Hess, by means of the reactions of combustion. The consumption of steam from the biodiesel plant has been calculated through the steam mass consumed all over the process being compared to the necessary consumption of biodiesel to produce this steam. The analyzed process consumes 25% of the biodiesel produced to generate its heating necessities, confirming the use of biodiesel as fuel in energy terms.

Resumo: De todas as operações, a agitação de fluidos, a troca de calor em tanques e a mistura de pós são, sem dúvida, as mais usuais, principalmente, na indústria de alimentos. Embora exigindo um estudo em separado, é comum estas operações unitárias estarem presentes, em instantes diferentes, no mesmo processo de fabricação. O propósito deste trabalho é enfatizar procedimentos de projeto para problemas práticos nas indústrias de processos envolvendo estas três operações. O modelo matemático proposto para a agitação de fluidos foi aplicado na substituição das tradicionais âncoras por impelidores de pás retas e inclinadas no processamento do suco concentrado de laranja. Observou-se que o tempo de permanência do suco no tanque de resfriamento caiu de quarenta para cinco minutos em decorrência da maior ação de mistura provocada pelas pás retas. O modelo proposto acompanha bem as exigências de potências requeridas pelo suco na medida em que é resfriado...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In all operations, the fluid agitation, the heat tranfer in tanks and the solids mixing are, undoubtedly the more usual, mainly in the food industry. Although requering a present research, is usual this unitary operations to be process. The purpose of this work is to emphasize design project proceeding for practical problems in the process industry involving this three operations. The mathematical model proposed to fluid agitation, was used in the substitution to the traditionals anchors by pitches flat blades in the concentrated orange in cooling tank reduce in 35 minutes resulting of the greater mixture action of the pitches flat blades. That model follow the required power for the juice...(Complete abstract click electronic access below)

Le développement des bioraffineries repose sur une conception optimisée d’installations industrielles en synergie comportant un grand nombre de flux de matière et d’opérations unitaires. Le recours à des simulateurs de procédés présente un intérêt certain dans la conception, l’analyse et l’optimisation de tels procédés. Souhaitant initier le développement d’un outil de simulation adapté à ce secteur, nous nous sommes appuyés sur l’exemple d’un procédé d’oxydation de biopolymères par extrusion réactive. Les procédés d’extrusion réactive sont caractérisés par un couplage intime entre écoulement, thermique et cinétiques réactionnelles. Les modalités de ce couplage dépendent des réactions visées. Souhaitant proposer un modèle flexible, intégrable dans un simulateur statique de procédés, et permettant d’atteindre un bon compromis entre la prédictivité et la quantité d’essais nécessaires pour ajuster les paramètres du modèle, nous avons opté pour une approche de modélisation mixte reposant à la fois sur une représentation de l’écoulement à l’aide de réacteurs idéaux et sur des lois de la mécanique des fluides. L’écoulement est modélisé par une cascade de réacteurs continus parfaitement agités (RCPA) avec reflux. Chaque RCPA est caractérisé par un taux de remplissage qui dépend des conditions opératoires. Le calcul du taux de remplissage des RCPA, de la pression matière et des débits circulant entre les RCPA en régime permanent est effectué en réalisant un bilan matière sur chaque RCPA. La température matière dans chacun des RCPA est calculée grâce à un bilan thermique. La modification chimique du matériau est décrite à l’aide de trois réactions : l’oxydation dépolymérisante, la formation de groupements fonctionnels (carbonyles et carboxyles) et la dégradation thermomécanique du biopolymère sous l’effet de la chaleur et des contraintes de cisaillement. L’établissement des équations de bilan de population auxquelles on applique la méthode des moments, permet de calculer simultanément les masses molaires moyennes en nombre et en poids du polymère ainsi que la teneur en agent oxydant dans chacun des RCPA. La viscosité est reliée à masse molaire moyenne. Un algorithme de calcul itératif permet de coupler le bilan matière, le bilan thermique et le calcul réactionnel. Les données expérimentales nécessaires à la validation du modèle ont été fournies par la plate-forme expérimentale mise au point au CVG (Centre de Valorisation des Glucides, Amiens) dans le cadre du programme Synthons. Une méthode d’ajustement des paramètres du modèle à partir d’un nombre minimal de données expérimentales a été proposée, permettant d’évaluer le caractère prédictif du modèle. Le modèle d’extrusion réactive ainsi ajusté a permis de reproduire les résultats expérimentaux obtenus pour différents matériaux, débits, vitesses de rotation, et sur deux extrudeuses detaille et de configuration différentes. L’intégration du modèle d’extrusion réactive dans un simulateur de procédés - le logiciel USIM PAC - a permis de simplifier sa mise en œuvre,offre des perspectives en optimisation et dimensionnement d’équipement et rend possible la simulation de l’opération d’extrusion réactive au sein d’une chaîne de transformation complète. / The development of biorefineries requires integrating and optimizing plants and handling a large number of material flows and unit operations. The development of a process simulator dedicated to this field would thus be of great interest. This is what we intended to initiate by relying on the example of the oxidation of biopolymers by reactive extrusion. Reactive extrusion is characterized by a strong coupling between flow, heat transfer and reaction kinetics. This coupling depends on the desired reactions. We here intended to elaborate aflexible model, being easily integrated into a static process simulator, and enabling to reach agood compromise between the predictive character of the model and the amount of experiments required to adjust model parameters. Therefore, we adopted a hybrid modelling approach combining a flow description based on ideal reactors and continuum mechanics laws. Flow is modeled as a cascade of continuous stirred tank reactors (CSTR) with possible backflow. Flow rates between CSTRs are calculated using physical laws taking into account the operating conditions and geometric parameters of the equipment. Each CSTR is characterized by a filling ratio, which depends on the operating conditions. The calculation of steady-state filling ratio, pressure and flow rates between the CSTRs is achieved by performing a material balance in each CSTR. Material temperature in each CSTR is calculated through a thermal balance. The chemical modification of the material is described using three reactions: the oxidative depolymerization, the formation of functional groups(carbonyl and carboxyl) and the thermomechanical degradation of the biopolymer induced by heating and shearing. The number-averaged and weight-averaged molecular weight of the biopolymer and the oxidant content in each CSTR are computed simultaneously by applying the moment operation to population balance equations. Viscosity is linked to the mean molecular weight. An iterative algorithm enables to couple material balance, thermal balance and reaction kinetics. The experimental data required for model validation were provided by the experimental platform developed at the CVG (Centre de Valorisation des Glucides,Amiens, France) in the frame of the Synthons program. A method was proposed in order to adjust model parameters with a minimal number of experimental data, enabling to assess the predictive character of the model. Once the parameters were adjusted, the reactive extrusion model enabled to reproduce the experimental results obtained with different raw materials,flow rates, screw rotation speeds, and using two extruders with different size and screw configuration. The integration of the reactive extrusion model into a process simulator - the USIM PAC software - enabled to simplify its implementation. This constitutes a promising step in a perspective of process optimization and scale-up, and enables to simulate a reactive extrusion operation within a global plant simulator.

Orientador: Elias Basile Tambourgi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T17:05:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Orlandelli_MariaClaudiaFaesdaSilva_M.pdf: 996919 bytes, checksum: d073bb0cd85fb8ae6f599f670ce42277 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Os óleos vegetais estão presentes na gastronomia de diferentes culturas tornando os pratos típicos ainda mais atraentes para os nossos sentidos: olfato, visão e paladar, além de constituírem importante fonte de energia, ácidos graxos essenciais, vitaminas e antioxidantes lipossolúveis. O óleo de farelo de arroz (OFA) destaca-se entre outros óleos vegetais, sendo equiparável aos óleos de soja, milho e algodão. O OFA apresenta em sua composição um alto nível de substâncias nutracêuticas, as quais tem poderosos agentes antioxidantes eficientes na prevenção de doenças. Dentre os diversos meios conhecidos para extração de óleos vegetais, os processos mais utilizados são os físico e químico, que apresentam desvantagens em relação ao processo líquido-líquido. A desacidificação de óleos vegetais por extração líquido-líquido tem-se mostrado como um caminho alternativo na obtenção de óleos vegetais com teores aceitáveis de ácidos graxos livres. A razão para a utilização deste novo processo em relação aos processos citados, está no fato de consumir menor quantidade de energia, pois é realizado a temperatura ambiente e pressão atmosférica além de não gerar sabão e minimizar a perda do óleo neutro. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo selecionar o solvente mais eficiente na desacidificação do OFA durante o processo de extração líquido-líquido descontínuo. Tendo se em vista o estudo feito para determinação do coeficiente de partição K nos sistemas bifásicos aquosos OFA/Solvente, após análise dos resultados parece-nos lógico concluir que: o sistema OFA/Etanol, nas condições testadas foi o que apresentou a melhor separação dos ácidos graxos, tendo o menor valor de K igual a 0,07. Os resultados obtidos no presente trabalho permitiram concluir que, a partir da comparação feita entre Metanol, Etanol, Isopropanol e Propanol, o Etanol apresenta os menores valores de K portanto, melhor separação dos ácido graxos / Abstract: The vegetable oil is present in the gastronomy of different cultures,making the food even more attractive to our senses: smell,sight and taste.Besides being an important source of energy it also contains vitamins, nutraceutical compounds and antioxidant liposoluble. Rice brain oil is one of the best vegetable oil, it possesses powerful antioxidant compound thus is is very effective in preventing disease. The deacidification oil process throught liquid-liquid extraction has revealed a new way to extract the vegetable oil with an acceptable level of free fatty acid and it has advantages over the physical and chemical ones. The reason for the use of this new process in regardining to those ones, it is for the fact of optimising the waste of energy because it can be undertaken at room temperature and with atmospheric pressure (at non-especial grounds), besides this, also the liquid-liquid extraction avoid the formation of soap normally resultant from the other process, and it can minimize the loss of neutral oil. This piece of work aims to point out the importance of select the most effective solvent in the deacidification of the rice bran oil during the liquid-liquid discontinuos extraction process. This study has been done to determine the coefficient of patition K, in biphasic watery systems RBO/solvent above mentioned. The experience showed that the Ethanol pesented the best results among all solvents used to separate the free fatty acid, with K 0,07 / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2017-07-21T18:53:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aline Alberti.pdf: 1827845 bytes, checksum: 8ee3e0ad879835006b462340157e2ddc (MD5) Previous issue date: 2011-03-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In yeast growth during the alcoholic fermentation, the nitrogen compounds and the oxygen content are the main limiting elements. Nitrogen and oxygen absence can lead to sluggish or stuck fermentations. In order to prevent these technological problems, in the Brazilian apple wine processing the nitrogen compounds addition is common practice, without knowing its content in the apple must. In this operation, occurs must agitation with two purposes, homogenization and oxygen dissolution. The objective of this work was to evaluate the effect of nitrogen and oxygen in the elaboration of apple wine in Brazilian processing conditions. The nitrogen content and dissolved oxygen in apple must of different varieties, harvests and regions were analyzed. The effect of the unit operations and enzymatic browning inhibitors in the oxygen dissolution in apple must was evaluated. The total nitrogen content was determined by method of Kjedahl and oxygen by dissolved oxygen meter. The total nitrogen content of 51 apple must samples was analyzed, and 98 % had values above 75 mg/L, which are enough for a complete fermentation. The maximum yeast population, as well as the fermentation rate, is proportional to nitrogen content in apple musts. In the apple must processing, the highest dissolution occurs during the pressing, around of 7.3 ± 0.5 mgO2/L. But the phenolic oxidation reaction is responsible for oxygen consumption (above 90 %). The unit operations of depectinization, racking and filtration increase the oxygen content in the apple must, around of 3.0 ± 0.8 mgO2/L. The addition of sulphur dioxide, in the milled apple, inhibits the oxidation and apple must keep higher oxygen content after filtration. The maceration possibility a smaller reduction (57 %, on average) in dissolved oxygen uptake in the must by the enzymatic browning reaction due to the previous oxidation of phenolic substrate. The final oxygen content of the normal apple must processing, without addition of sulphur dioxide or maceration, was 3.0 mg/L, enough for the yeast development. The forced oxygen addition in apple must can be harmful for the fermentative activity of the yeast, possibly due to the nutrients oxidation. Therefore, nitrogen compounds and oxygen additions before the fermentation are not necessary in used conditions. / No crescimento de leveduras durante a fermentação alcoólica os compostos nitrogenados e o oxigênio são os principais elementos limitantes, ou seja, sua ausência pode levar a fermentações lentas, ou paradas de fermentação. A fim de evitar estes problemas tecnológicos, no processamento brasileiro de fermentado de maçã é comum a adição de compostos nitrogenados, mesmo sem conhecer seu teor no mosto. Nesta operação, ocorre agitação do mosto para promover sua homogeneização e incorporação de oxigênio. Sendo assim, o objetivo do trabalho foi avaliar o efeito do nitrogênio e do oxigênio na elaboração de fermentados de maçã nas condições de processamento brasileiras. Os teores de nitrogênio e oxigênio dissolvido de mostos de maçã de diferentes cultivares, regiões e safras, foram analisados. Foi avaliado o efeito das operações unitárias e de inibidores de escurecimento enzimático na dissolução de oxigênio no mosto. O nitrogênio total foi determinado pelo método de Kjedahl e o oxigênio dissolvido por oxímetro. O teor de nitrogênio de 51 amostras de mosto de maçã foram analisados, e destes, 98 % apresentaram valores acima de 75 mg/L, concentração suficiente para que a fermentação transcorra sem interrupções. A população máxima de levedura, bem como a velocidade de fermentação, são proporcionais aos teores de nitrogênio presentes nos mostos. No processamento, a maior dissolução de oxigênio no mosto de maçã ocorre durante a prensagem, 7,3 ± 0,5 mgO2/L, em média. Mas a reação de oxidação dos compostos fenólicos é responsável por um consumo de mais de 90 % deste oxigênio. As operações seguintes de despectinização, trasfega e filtração aumentam o teor de oxigênio no mosto, que fica com média de 3,0 ± 0,8 mgO2/L. A adição de dióxido de enxofre à maçã triturada, inibe a oxidação e consequentemente o mosto apresenta maior teor ao final do processo. A operação de maceração possibilitou uma menor redução (57 %, em média) do consumo de oxigênio dissolvido no mosto pela reação de escurecimento enzimático, possivelmente devido a oxidação prévia dos substratos fenólicos. O teor final de oxigênio resultante do processamento normal do mosto, sem adição de dióxido de enxofre ou maceração, 3,0 mg/L, foi suficiente para o desenvolvimento das leveduras. A adição forçada de oxigênio no mosto pode ser prejudicial para a atividade fermentativa das leveduras, possivelmente devido a oxidação de nutrientes. Desta forma, a adição de compostos nitrogenados e oxigênio, antes da fermentação, não é necessária nas condições de processamento utilizadas.