A indústria de laticínios no Brasil gerou no 2014 em torno de 88,5 bilhões de litros de efluente, o resíduo gorduroso (RG) separado no tratamento deste efluente, atualmente carece de tratamento. A digestão anaeróbia (DA) é uma opção de tratamento a partir da qual é possível, entre outras coisas, obter biogás, fonte renovável de energia, que representa uma importante alternativa para compor a matriz energética do país. No entanto, resíduos lipídicos, além de gerar lodos de difícil manejo, descompõem-se em ácidos graxos de cadeia longa (AGCL) que inibem os microrganismos metanogênicos. Como estratégia para tratar efetivamente este resíduo, avaliou se um sistema de co-digestão anaeróbia empregando RG advindo da caixa de gordura de um laticínio, e, bagaço de cana de açúcar (BCA) pré-tratado em condições sub e supercríticas de CO2: (i) 40°C / 70 bar (ii) 60°C / 200 bar e (iii) 80°C / 200 bar, com e sem adição de NaOH, respectivamente. Dos pré-tratamentos avaliados, destaca-se o pré-tratamento com CO2 a 60°C e 200bar pelo qual foi possível remover 8,07% de lignina. A produção metanogênica advinda da digestão anaeróbia de bagaço de cana de açúcar foi aumentada em todos os casos nos quais o material foi pré-tratado com CO2 sub e supercrítico, com exceção do caso no qual se utilizou elevada temperatura e NaOH como modificador de polaridade. Os resíduos advindos da caixa de gordura apresentaram elevado potencial metanogênico na faixa de concentração de substrato estudada, sem que nenhuma inibição fosse verificada. A co-digestão de resíduos gordurosos e bagaço de cana, pré-tratados ou não, não apresentou vantagem com relação à mono-digestão dos materiais. / The dairy industry in Brazil generated in 2014 around 88.5 billion litters of effluent, the fatty residue, separated in the treatment of this effluent, currently lacks treatment. Anaerobic digestion is a treatment option from which it is possible, among other things, to obtain biogas, a renewable source of energy, which represents an important alternative to fix the country\'s energy matrix. However, lipid residues form sludges that are difficult to manage and decompose into long chain fatty acids (LCFAs) that are inhibitory to methanogenic microorganisms. As a strategy to effectively treat this residue, we evaluated an anaerobic co-digestion system employing fatty residues from a fat box of a dairy plant, and sugarcane bagasse pre-treated under sub and supercritical CO2 conditions: (i) 40°C / 70 bar (ii) 60°C / 200 bar and (iii) 80°C / 200 bar, with and without addition of NaOH respectively. Of this pre-treatments, stood out the one with CO2 at 60°C and 200 bar by which was achieved the removal of 8.07% of lignin. The methanogenic production from the anaerobic digestion of sugarcane bagasse was increased in all cases in which the material was pre-treated with sub and supercritical CO2, with the exception to the cases in which high temperatures and NaOH were combined. The residues from the dairy fat box showed high methanogenic potential in the concentration range evaluated and no inhibition was verified. The co-digestion of the greasy residues and the sugarcane bagasse with and without pre-treatment, did not present advantage in compare to the mono-digestion of the materials.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-22T13:13:31Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação - Emerson Silva - Versão definitava.pdf: 2135263 bytes, checksum: 0a3cbcc3e5c3ecb44715e0fbc253bd60 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-22T13:13:31Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação - Emerson Silva - Versão definitava.pdf: 2135263 bytes, checksum: 0a3cbcc3e5c3ecb44715e0fbc253bd60 (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / Muitos estudos acerca do aproveitamento de resíduos e sua utilização em matrizes cimentícias têm sido desenvolvidos, na busca de um destino adequado, uma vez que a construção civil é um dos maiores consumidores de materiais naturais em seus processos e produtos. As cinzas agroindustriais ocupam lugar de destaque dentre os resíduos com possibilidades de aplicação por apresentarem propriedades pozolânicas, como por exemplo, cinzas volantes, sílica ativa entre outros, contribuindo para a redução do consumo de cimento Portland e sustentabilidade da indústria de materiais cimentícios. O bagaço da cana-de-açúcar é um dos subprodutos do processo de produção da cana-de-açúcar, sendo o Brasil o maior produtor mundial. Neste trabalho foram produzidas cinzas a partir do beneficiamento por queima controlada e moagem da cinza do bagaço de cana-de-açúcar (CBCA) coletada em uma usina do estado de Pernambuco para avaliar a sua aplicação como adição mineral em matrizes de base cimentícia. A cinza coletada foi submetida a um processo prévio de secagem em estufa e peneiramento para retirada de materiais contaminantes (folhas, pedras e outros). Parte do material passante não sofreu tratamento térmico, sendo denominada CAN, o restante foi dividido em quatros frações, cada fração submetida a uma temperatura de queima: 300°C, 400°C, 500°C e 600°C, sendo denominadas CB300, CB400, CB500 e CB600, respectivamente. Após a queima, cada cinza passou por um processo de peneiramento/moagem e foi submetida a análises de fluorescência de raios X, difração de raios X, massa específica real por picnometria a gás e área superficial específica por B.E.T (Brunauer-Emmett-Teller). A reatividade das cinzas foi avaliada por meio de medições de condutividade elétrica em solução saturada de Ca(OH)2/cinzas e o índice de atividade com cal (IAC), foi baseado na ABNT NBR 5751 (2012). Os resultados por condutividade elétrica indicam tendência de reatividade do material estudado, quando comparado a pozolana de referência - MTC. O IAC das amostras com CBCA mostraram resultados satisfatórios apenas para as cinzas moídas por 7 horas. A moagem mostrou ser de fundamental importância para o aumento do potencial pozolânico da CBCA. A temperatura de calcinação se mostrou relevante quando da aplicação de 500ºC, acima deste valor ocorreu o decréscimo dos índices de pozolanicidade. / Many studies about waste recovery and your use in cement matrices have been developed on the search for a appropriate destination, since the civic construction is one of the largest consumers of natural materials in their processes and products. The agroindustrial ashes occupy prominent place among the residues with application possibilities for presenting pozzolanic properties, such as fly ash, silica fume among others, contributing for the reduction of the consumption of cement Portland and sustainability of cementitious materials industry. The bagasse of the sugarcane is one of the byproducts of the production process of sugarcane, with Brazil being the world's largest producer. In this work were produced ashes from the beneficiation by controlled burning and grinding of ash from sugarcane bagasse (CBCA) collected in a mill of Pernambuco to evaluate your application as mineral addition in cement-based matrices. The collected ash was submitted to a previous drying process in a kiln and sieving for removing contaminant material (leaves, stones and other) part of the passing material did not suffer thermal treatment, called CAN, the remainder was divided into four portions, each portion submitted to a firing temperature: 300 ° C, 400 ° C, 500 ° C and 600 ° C, called CB300, CB400, CB500 and CB600, respectively. After burning, each ash passed through a process of sieving/milling and was submitted to X-ray fluorescence analysis, X-ray diffraction, real specific mass by gas pycnometry and specific surface area by BET (Brunauer-Emmett-Teller). The reactivity of the ash was evaluated by means of electrical conductivity measurements in saturated solution of Ca(OH)2 / ashes. The activity index with lime (AIL), based on the ABNT NBR 5751 (2012). The results by electrical conductivity indicates tendency of reactivity of the studied material, when compared to the pozzolan of reference - MTC. The AIL of de samples with CBCA showed satisfactory results just for milled ashes for 7 hours. The milling showed to be of fundamental importance for improve the pozzolanic potential of the CBCA. The temperature showed to be relevant whe the application of 500ºC, above this value occurred decrease of pozzolanicity index.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-08-09T13:01:25Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Dissetação.Pablo.final.pdf: 2088555 bytes, checksum: 6d0fea4fe26c7d709925fe51c4d992e9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T13:01:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Dissetação.Pablo.final.pdf: 2088555 bytes, checksum: 6d0fea4fe26c7d709925fe51c4d992e9 (MD5) Previous issue date: 2016-08-25 / A incorporação de resíduos diversos dentro de seus processos produtivos tem sido uma tendência na construção civil, esse processo visa a diminuição dos custos de produção e da deposição de resíduos no meio ambiente, dentro desta ótica as cinzas vegetais tem sido bastante estudadas devido as suas possíveis propriedades pozolânica. Para este estudo foi utilizada a cinza do bagaço da cana-de-açúcar (CBCA) proveniente do estado de Pernambuco, esse material foi submetido a um processo de secagem em estufa a 100°C e um peneiramento para retirar matérias contaminantes como folhas, madeiras e outros. O material foi dividido em quatro partes e submetido a um processo de calcinação nas temperaturas de 300°C, 400°C, 500°C e 600°C e chamadas de CB 300, CB 400, CB 500 e CB 600, a parte do material que não passou por esse tratamento foi denominada de CAN. Posteriormente a CBCA passou por um peneiramento em peneiras de malha #200 e #400 e a moagem em um moinho de bolas e por fim essas amostras foram submetidas aos ensaios de caracterizações físicas (Área específica, BET (BrunauerEmmett-Teller) e Massa específica) e caracterização química (D.R.X. e termogravimetria) e ensaios de consistência e resistência a compressão. A existência de atividade pozolânica foi testada através dos ensaios de D.R.X. e resistência a compressão segundo as normas da ABNT NBR 5751 (2012). No ensaios químicos (D.R.X.) ficou constatada a possível existência de atividade pozolânica do material estudado apenas nas cinzas moídas a sete horas, no ensaio de resistência a compressão apenas as cinzas moídas a sete horas apresentaram desempenho satisfatório. O estudo mostrou a importância do processo de moagem do material e de como o mesmo influencia na atividade pozolânica, já o processo de calcinação teve resultados abaixo do esperado principalmente nas temperaturas a partir de 500°C, já que as amostras apresentaram resultados melhores nas temperaturas de 300°C e 400°C. / The incorporation of various waste in their production processes has been a trend in the construction industry, this process is aimed at reducing production costs and waste disposal on the environment, within this perspective plant ash has been widely studied because of its potential pozzolanic properties. For this study we used sugar cane bagasse ashes (CBCA) from the state of Pernambuco, this material was subjected to a drying process in oven at 100 ° C and sieving to remove contaminating materials such as leaves, wood and others. The material was divided into four parts and subjected to a calcination process at temperatures of 300 ° C, 400 ° C, 500 ° C and 600 ° C and calls CB300, BC400, BC500 and BC600, the portion of the material which has not undergone this treatment was designated CAN. Subsequently the CBCA passed a sieve of sieve mesh # 200 and # 400 and grinding in a ball mill and finally the samples were subjected to physical characterization assays (specific surface area, BET (Brunauer-EmmettTeller) and Mass specific) and chemical (DRX and thermogravimetry) and consistency tests and compressive strength. The existence of pozzolanic activity was tested by the D.R.X. tests, thermogravimetry and compressive strength according to ABNT NBR 5751 (2012). In chemical assays (XRD and thermogravimetric analysis) was found to contain the reactivity of the material studied compared to pozzolan reference metakaolin (TCM), as compared to compressive strength testing only the ash grinded to seven hours (M7H) showed satisfactory performance. The study showed the importance of the process of grinding the material and how the same influence on the pozzolanic activity, since the calcination process results below mainly expected at temperatures from 500 ° C, since the samples showed better results in temperatures 300 ° C and 400 ° C.

Orientador: Mario Oscar Cencig / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T16:47:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Trindade_LuisFernandoMano_M.pdf: 9556082 bytes, checksum: b359405155736211025b875d619af0a9 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: O Estado de São Paulo esgotará cerca de 87,4% do seu potencial hidrelétrico até o final deste século, com a conclusão das Usinas Hidrelétricas de Porto Primavera (1.818 MW) e do complexo de Canoas I e II (155 MW). Já em 1995, São Paulo importou de empresas federais (ITAIPU e FURNAS), cerca de 35.341 GWh, o que corresponde a 36,3% das necessidades de energia elétrica para atender o seu mercado. Esta dependência do Estado nesta área crescerá ainda mais nos próximos anos, se não forem encontradas alternativas de suprimento economicamente viáveis dentro do Estado para atender ao aumento da demanda de energia elétrica previsto. Além disto, a atual falta de recursos públicos do setor elétrico nacional para investir na expansão da geração de eletricidade pode contribuir num futuro próximo com uma crise de abastecimento deste insumo para as regiões: Centro-Oeste, Sul e Sudeste e principalmente,o Estado de São Paulo, como o maior mercado nacional, o mais prejudicado. O dimensionamento das fontes energéticas para a produção de eletricidade constitui-se em uma das atividades principais do planejamento da expansão da geração. Portanto, o objetivo final deste trabalho consiste no levantamento dos potenciais energéticos renováveis (bagaço de cana-de-açúcar e o potencial hidrelétrico remanescente) e não renováveis (turfa, xisto e gás natural) do Estado de São Paulo, para fins de geração de energia elétrica, e na análise das perspectivas de utilização das tecnologias de geração, quejá estão desenvolvidas ou em vias de desenvolvimento na expansão do atual parque gerador do setor elétrico paulista. Também é verificado em que condições essas alternativas podem diminuir a necessidade de importação estadual deste insumo energético nos próximos vinte anos. Por último, realiza-se um estudo da perspectiva de inserção do gás natural boliviano na matriz energética do Estado, via o setor elétrico paulista e as conseqüências para este setor / Abstract: São Paulo State will end up about 87,4% of its hydroelectric potential until the end of this century reaching the conclusion of Porto Primavera Usines (1.818 MW) and Canoas I and II complex (155 MW). Even in 1995, São Paulo imported trom federal enterprises (ITAIPU and FURNAS), about 35.341 GWh, that corresponds to 36.3% of the necessities of the electrical energy to maintain its market. This dependence of the State in this area will grow even more int the next years, if supplying alternatives were not found and these alternatives have to be economicably possible in the State to correspond to the increasing foreseen demand of energy. Besides this, the present lack of public resources in the national electrical sector to invest in the increasing of electricity generation can contribute in a near future with a crisis of supply for these regions: West, South, Southest and mainly, São Paulo State, since it is the biggest market, it can also be the most harmed. The dimension of energetical sources for the production of electricity consisty of one the main activities in planning the expansion of generation. So, the final target of this work consists of increasing the renewable energetic potentials (sugar cane husks, the remaininghydroelectrical potential) and not renewable (peat, schist, and natural gas in São Paulo State, in order to generate electrical energy, and in the analysis of the perspectives in the utilization of the generating technologies, which are already developed or starting to be developed in the expansion ofthe present generator field). It is also verified in which conditions these alternatives can diminish the necessity of importing this energetical consume in the next twenty years in the State. At last, a study has been done about the perspective of inserting a natural Bolivian gas in the State headquarters in function of this paulista electrical sector and the consequences for this sector / Mestrado / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientador: Marisa Masumi Beppu / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T02:04:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_LisaCaroline_M.pdf: 4442624 bytes, checksum: 64a458f1d5d618d667f856e510375f73 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Atualmente, novas rotas de obtenção de polímeros naturais vêm sendo exploradas para as mais diversas finalidades, como forma alternativa aos polímeros provenientes do petróleo. A celulose, biopolímero mais abundante de todas as substâncias naturais, encontrado em diversos tipos de biomassa, com destaque para o bagaço de cana-de-açúcar, é constituída por grupos hidroxilas, com diferentes graus de reatividade. Vários métodos têm sido utilizados para extrair e modificar a celulose, sendo a modificação química fundamental para aumentar sua aplicabilidade, customizando sua funcionalidade. Neste trabalho, uma rota mais simplificada do que a existente na literatura foi sugerida para realizar a extração de celulose do bagaço de cana-de-açúcar. As etapas foram combinadas e otimizadas visando facilitar o scale-up para o nível industrial. A celulose foi obtida, inicialmente, através de um pré-tratamento químico seqüencial utilizando-se solução alcalina associada ao peróxido de hidrogênio. Nesta etapa foi avaliada a influência da moagem e remoção dos extrativos na obtenção da celulose. As caracterizações mostraram, qualitativamente, um comportamento muito semelhante em todas as amostras analisadas. Para o estudo, foi proposto um planejamento fatorial 23 com triplicata no ponto central, onde foi avaliada a influência do tempo de pré-tratamento (h), temperatura (ºC) e concentração de peróxido de hidrogênio (%) no rendimento de glicose. O bagaço pré-tratado foi caracterizado quanto ao teor de carboidratos e lignina total. A análise estatística mostrou que a maximização da celulose pode ser obtida no nível mínimo para a concentração de peróxido de hidrogênio e máximo para tempo e temperatura. Dentre as possíveis modificações químicas, foi realizada a acetilação da celulose, resultando em um acetato de celulose que demonstrou características filmogênicas. O acetato de celulose obtido a partir do bagaço de cana-de-açúcar produz um filme denso e com características de barreira que podem ser usadas para diversas aplicações. Tal capacidade foi, por exemplo, comprovada ao aplicar o acetato obtido para recobrir membranas porosas de quitosana, evidenciando que o mesmo age como uma barreira à difusão tanto na adsorção quanto na liberação de íons de cobre a partir da membrana de quitosana (largamente conhecida na literatura como bom adsorvente). / Abstract: Currently, new routes to produce natural polymers are being studied as an alternative to petroleum-based polymers, to be used in many applications. Cellulose is the most abundant of all natural polymers, containing hydroxyl groups with different reactivity. This natural compound is found in different types of biomass, such as sugarcane bagasse. Several methods have been studied to extract and modify cellulose. Chemical modification of cellulose is essential to customize its applicability. In this study, an easier route to extract cellulose from sugarcane bagasse was used. The steps were combined and improved aiming an easy scale-up of the process to industrial level. Initially, cellulose was obtained through a sequential chemical pretreatment using alkaline solution with hydrogen peroxide. In this stage, the influence of milling was also evaluated on the lipidic portion removal (called by several authors as "extractives") to obtain cellulose. The performed characterizations indicated a very similar behavior in all samples analyzed. A 23 factorial design with triplicate at the central point was proposed. The influence of pre-treatment time (h), temperature (ºC) and hydrogen peroxide concentration (%) was evaluated over glucose yield. The statistical analysis showed that the maximization of the cellulose was obtained being worked with the minimum level of hydrogen peroxide and the maximum level of time and temperature. Among many possible chemical modifications, acetylation was performed on cellulose extracted resulting in a cellulose acetate that demonstrated filmogenic characteristics. The cellulose acetate obtained from sugarcane bagasse produce a dense and transparent film with barrier characteristics that can be used in several applications. This property was confirmed when applying the acetate to cover chitosan porous membranes. It acted as a diffusion barrier for adsorption and desorption of copper ions onto and from chitosan membrane (chitosan is known in the literature to be a good adsorbent copper ions). / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

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

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T02:15:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rabelo_SaritaCandida_D.pdf: 8964196 bytes, checksum: 4597e91fb6bb8979fe59578161b88ac3 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O grande desafio para a produção de etanol de segunda geração consiste em determinar a melhor opção de disponibilizar a glicose a partir da hidrólise da celulose em termos de custo global, rendimento glicosídico e fermentabilidade do hidrolisado. Neste trabalho o objetivo foi estudar a produção de etanol de segunda geração a partir do bagaço de cana-de-açúcar. Foram abordadas a otimização e comparação de dois pré-tratamentos (hidróxido de cálcio e peróxido de hidrogênio alcalino), a otimização da carga enzimática na etapa de hidrólise e a fermentação do hidrolisado para a obtenção do etanol. Foram ainda feitas propostas para utilização dos resíduos do processo, principalmente o licor de pré-tratamento, o resíduo de hidrólise e a lignina residual precipitada. Os resultados mostram que os pré-tratamentos são efetivos para melhorar o ataque enzimático durante a etapa de hidrólise. Após otimização desta etapa foi possível obter rendimentos de globais de 51,78% e 83,41% para os pré-tratamentos com hidróxido de cálcio e peróxido de hidrogênio alcalino, respectivamente. Em relação à etapa de otimização enzimática, foi possível converter 90,8% e 100,0% da celulose presente no material pré-tratado com hidróxido de cálcio e peróxido de hidrogênio alcalino, com carga enzimática de 50,0 FPU/g biomassa seca pré-tratada e 25,0 CBU/g biomassa seca pré-tratada e 3,5 FPU/g biomassa seca pré-tratada e 25,0 CBU/g biomassa seca pré-tratada, respectivamente. Os hidrolisados obtidos para cada pré-tratamento não apresentaram qualquer problema em relação à fermentabilidade, obtendo-se rendimentos em etanol próximos ao estequiométrico. Estudos avaliando a produção de biogás a partir dos licores de pré-tratamento e resíduos de hidrólise mostraram que é possível conseguir bons rendimentos para os dois pré-tratamentos, sendo produzidos, na melhor condição, 180,09 ± 6,08 Nem3 de metano/g DQO para o licor de pré-tratamento com hidróxido de cálcio e 126,58 ± 8,78 Nem3 de metano/g DQO para o licor de pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino. Em relação ao resíduo de hidrólise, foram produzidos 171,51 ± 8,72 Nem3 de metano/g DQO para o resíduo do bagaço pré-tratado com hidróxido de cálcio e 165,52 ± 6,14 Nem3 de metano/g DQO para o resíduo do bagaço pré-tratado com peróxido de hidrogênio alcalino. A lignina obtida após precipitação ácida nos licores de pré-tratamento apresentou, após análise térmica, uma entalpia superior para o bagaço pré-tratado com hidróxido de cálcio em comparação ao bagaço pré-tratado com peróxido, sendo de 67,9 J/g e 52,5 J/g, respectivamente. Desta forma, além da lignina, a utilização do biogás se toma uma complementação energética importante para o processo produtivo do etanol de segunda geração / Abstract: The great challenge for second generation ethanol production is the determination of the best option to render glucose available through hydrolysis of cellulose in terms of overall cost, glucose yield and fermentability of the hydrolysate. In this work the objective was to study the production of second generation ethanol from sugarcane bagasse. The topics considered included the optimization and comparison of two pretreatments (calcium hydroxide and alkaline hydrogen peroxide), the optimization of the enzymatic load in the hydrolysis step and at the fermentation of the hydrolysate for ethanol production. Also, proposals were made for the use of the process residues, especially the pretreatment liquor, the hydrolysis residue and the precipitated residual lignin. The results show that the pretreatments are effective in improving enzymatic attack during the hydrolysis step. After optimization, it was possible to obtain cellulose yields of 51.78% and 83.41% for the pretreatments with calcium hydroxide and alkaline hydrogen peroxide, respectively. After optimization of the enzymatic load it was possible to convert 90.8% and 100.0% of cellulose in the pretreated material with calcium hydroxide and alkaline hydrogen peroxide, using enzymes loading of 50.0 FPU/g dry pretreated biomass and 25.0 CBU/g dry pretreated biomass and 3.5 FPU/g dry pretreated biomass and 25.0 CBU/g dry pretreated biomass, respectively. The hydrolysates obtained in each pretreatment did not have any fermentability difficulties, leading to ethanol yields close to the stoichiometric. Studies evaluating biogas production from the pretreatment liquor and hydrolysis residues have shown that it is possible to achieve good yields for the two pretreatments, with 180.09 ± 6.08 Ncm3 of methane/g COD for the pretreatment liquor with calcium hydroxide and 126.58 ± 8.78 Ncm3 of methane/g COD for the pretreatment liquor with alkaline hydrogen peroxide being produced in the best conditions. When the hydrolysis residue was considered 171.51 ± 8.72 Ncm3 of methane/g COD for the bagasse pretreated residue with calcium hydroxide and 165.52 ± 6.14 Ncm of methane/g COD for the bagasse pretreated residue with alkaline hydrogen peroxide were produced. The lignin obtained after acid precipitation in the pretreatments liquor showed, after thermal analysis, a higher enthalpy for bagasse pretreated with calcium hydroxide compared to bagasse pretreated with peroxide, of 67.9 J/g and 52.5 J/g, respectively. Thus, in addition to the lignin, the use of biogas energy can become an important complement to the second generation ethanol production / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:03:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Janaina Fernandes e Silva.pdf: 2098127 bytes, checksum: 6809ff1423f7291801fcada3bdd9d3c4 (MD5) Previous issue date: 2010-02-08 / In this work survey results are reported, it aimed at assessing, through laboratory tests, the exploitation of bagasse-cane (FBC) in composite cementitious (cement mortar, sand and FBC) assessing the physical and mechanical behavior of the material. Problems of chemical incompatibility between the bagasse fibers and cement matrix components have been removed by specific treatments on the CBF, such as washing, boiling, mineralization with chemicals an a mix of cement and water in different combinations. The sugar cane fibers brake down process, used in other studies conducted with the same material, was not necessary, because nowadays the CBF is already broke down in the production process in the ethanol and sugar industry. The fibers were washed and mineralized with inorganic salts (solution of sodium silicate at 5%; aluminum sulfate solution at 3%) and cream of cement (the concentration of 10:1 of water and cement), in order to protect the fiber against the aggressions of the alkaline mortar, trapping organic matter and the residual sugar to avoid interference in the reactions of cement cohesion, reduce the capacity of water absorption. Different concrete mixtures were tested, in order to find one with better compressive strength. The change occurred in the content of CBF added, may be 1.5 or 3.0% by weight of cement and the type of treatment that these fibers were submitted. Were defined traits and body-of-proof molded and compressed manually into cylindrical molds of 5 cm ø and 10 cm in height, corresponding to five combinations of treatments, two ages, two levels of fiber and three replicates, and two types of reference to variations in curing type (moist chamber and the tank with water and lime). Later, the bodiesof- evidence were submitted to tests of compressive traction in diametral compression and water absorption at 7 and 28 days. The best treatments results were: washed CBF + boiled; washed CBF +boiled+cream cement; and washed CBF + boiled + chemicals. / Neste trabalho estão relatados os resultados de uma pesquisa realizada com o objetivo de avaliar, através de ensaios de laboratório, o aproveitamento do bagaço da cana-deaçúcar (FBC) em compósito de matriz cimentícia (argamassa de cimento, areia e FBC), avaliando o comportamento mecânico e físico do material obtido. Problemas de incompatibilidade química entre as fibras do bagaço e os componentes da matriz cimentícia foram solucionados através de tratamentos específicos da FBC, como lavagem, fervura, mineralização com calda de cimento e mineralização com produtos químicos, combinados entre si. O processo de desmedulamento das fibras do bagaço da cana-de-açúcar, realizado em outras pesquisas com o mesmo material, não foi necessário, pois atualmente a FBC já vem desmedulada pelo processo de produção na indústria sucro-alcooleira. As fibras foram lavadas e mineralizadas com sais inorgânicos (solução de silicato de sódio a 5% e sulfato de alumínio em solução a 3%) e com nata de cimento (na concentração de 10:1 de água e cimento), com a finalidade de proteger a fibra contra as agressões do meio alcalino da argamassa; imobilizar a matéria orgânica e o açúcar residual para evitar a interferência do mesmo nas reações de pega do cimento e reduzir a capacidade de absorção de água pela FBC. Diferentes traços de argamassa foram testados, visando encontrar aquele com melhor resistência à compressão. A variação ocorreu no teor de FBC acrescentado, podendo ser de 1,5 ou 3,0% da massa do cimento e no tipo de tratamento que estas fibras foram submetidas. Foram definidos traços e corpos-de-prova moldados e compactados manualmente em fôrmas cilíndricas de 5 cm de Ø e 10 cm de altura, correspondentes a 5 combinações de tratamentos, duas idades, dois teores de fibra e três repetições, além de dois tipos de referência com variações no tipo de cura (câmara úmida e no tanque com água e cal). Posteriormente, os corpos-de-prova foram submetidos aos ensaios de compressão simples, tração na compressão diametral e absorção de água aos 7 e 28 dias. Os tratamentos que apresentaram melhores desempenhos foram: FBC lavada + fervida; FBC lavada + fervida + nata de cimento e FBC lavada + fervida + produtos químicos.

As usinas sucroalcooleiras aproveitam apenas a fração colmo da planta para a produção de açúcar e etanol restando o bagaço da cana-de-açúcar, composto das frações fibra e medula, é em grande parte usado para geração de energia elétrica. O resíduo agrícola da cana RAC, constituído pelas folhas, palha, e a ponteira da cana de açúcar são cortados durante a colheita e devolvidos ao campo para adubar o solo contribuindo para a lavoura da cana-de-açúcar. Os painéis hardboards são produzidos a partir da aplicação de calor e pressão a um colchão de fibras ou serragem de madeira, sendo aplicados como pisos na construção civil e como pranchetas e fundo de gavetas na indústria moveleira. Assim, a proposta desse trabalho foi o estudo da utilização dos materiais provenientes da cultura de cana-de-açúcar, em particular a fração medula do bagaço de cana-de-açúcar e do RAC para produção de hardboard (sem a utilização de adesivos) e particleboards (com a adição de resina fenol-formaldeído). Adicionalmente, estudou-se a adição da humina resultante de processos de hidrólise ácida do bagaço de cana-de-açúcar como coadjuvante na produção de painéis de medula de cana-de-açúcar. A utilização da resina fenol-formaldeído foi estudada no intervalo de 10% a 33%, sendo os melhores resultados obtidos quando do uso de 25% de resina, que apresentou tensão máxima de 29,9 MPa em ensaio de tração. Definido esse valor, realizou-se o estudo do efeito da quantidade de humina no intervalo de 12,5% a 75%, o qual revelou que a humina leva à produção de materiais frágeis com redução do desempenho mecânico. As frações RAC foram empregadas para a produção de amostras com teor de resina fenol-formaldeído igual a 25%. Todos os corpos de prova produzidos foram analisados por ensaios de tração (MOR e MOE), análise térmica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise dinâmico mecânica. A produção de hardboards a partir da fração medula do bagaço de cana-de-açúcar, nas condições empregadas neste estudo preliminar, resultou em materiais com baixo desempenho mecânico, revelado pelos resultados dos ensaios de tração que indicou tensão máxima de 4,7 MPa. Entretanto, a mesma matéria prima quando misturada com resina fenol-formaldeído resultou na produção de particleboards que, apesar da dispersão pouca efetiva da resina, apresentaram um melhor desempenho mecânico (tensão máxima no intervalo de 29,9 a 11,3 MPa). Finalmente, os materiais obtidos com as frações RAC da cana-de-açúcar e resina FF mostraram-se mais homogêneos e com desempenho mecânico igual ou superior (tensão máxima no intervalo de 36,1 a 27,7 MPa) aos observados para os materiais obtidos com Pinus sp (tensão máxima de 27,7 MPa). / Sugar and ethanol mills use only the stem fraction of sugarcane for the production of sugar and ethanol. The sugarcane bagasse, composed of fiber and pith fractions, is largely used to generate electricity. The sugarcane agricultural residues - RAC, made up of leaves, straw and the tip of sugarcane are cut during harvest and returned to the field to fertilize the soil. Hardboard panels are produced from the application of heat and pressure to a fiber or sawdust mat. Its commercial application includes floors in construction and clipboards and bottom drawers in the furniture industry. Thus the purpose of this work was to study the use of materials from sugarcane culture, in particular the core fraction of bagasse sugarcane and the sugarcane trash for the production of hardboard (without the use of adhesives) and particleboards (with the addition of phenol formaldehyde resin). In addition, he studied the addition of the resulting humin acid hydrolysis process of sugarcane bagasse as an adjunct in the production of sugarcane pith panels. The use of phenol formaldehyde resin was studied in the range of 10% to 33%, with best results obtained when using 25% resin, which had maximum stress of 29.9 MPa in tensile testing. Once established, the study of the effect of the amount of humin was held in the range of 12.5% to 75%, which revealed that the humin leads to the production of brittle materials with reduced mechanical performance. Sugarcane trash fractions were used for production of resin samples with phenol formaldehyde content equal to 25%. All produced samples were analyzed by tensile tests (MOR and MOE), thermal analysis, scanning electron microscopy (SEM) and dynamic mechanical analysis. The production of hardboards from the marrow fraction of sugarcane bagasse, under the conditions employed in this preliminary study, resulted in materials with low mechanical performance, revealed the results of tensile tests indicated that maximum voltage of 4.7 MPa. However, the same raw material when mixed with phenol-formaldehyde resin resulted in the production of particleboards that despite the low effective dispersion of the resin, had a better mechanical performance (maximum stress in the range from 29.9 to 11.3 MPa). Finally, materials obtained from the fractions of RAC sugarcane and PF resin proved to be more homogeneous and with equal or higher mechanical performance (maximum stress in the range from 36.1 to 27.7 MPa) to that observed for materials obtained with Pinus sp (maximum stress of 27.7 MPa).

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:24:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 00 capa_pretext_Introd_Revis_Lit.pdf: 224049 bytes, checksum: d16afda68bc6d981e16c4356b70c2cef (MD5) Previous issue date: 2010-08-31 / The attributes of a substratum composed by tailings from mining of bauxite, cultivated with Pueraria (Pueraria phaseoloides)and brachiaria were studied for the flora recomposition in Barro Alto, Goiás. In order to reach that aim, the phytotechnical performance was assessed through the stalk height and diameter for legume and height and number of basal tillers for grass, besides green and dry phytomass for both species. The chemical attributes were also evaluated, through chemical analyses of the substratum at the beginning and at the end of the experiment as well as the physical and microbiological attributes. The experiments were conducted in vases in the city of Barro Alto, GO, from dezember 2008 to june 2009. The delimitation used were random blocks, with four repetitions and composed by 17 treatments with diferent compositions of cattle manure (0% to 20,5%), sugar cane bagasse (0% to 40%) and clayey tailings (45% to 90%), and different doses of phosphorus for three living roofs (B. decumbens, P. phaseloides e B. decumbens + P. phaseoloides). The treatment, which the grass and legume had a better phytotechnical performance are those that present manure concentratios above 10%. Concerning the chemical attributes, initially the treatment with at least 3,5% of manure, and 8,5% of bagasse with no phosphorous (T5), showed chemical properties suitable for plant growth, although there was a low content for organic matter. The substratum that had better physical characteristics, were those with at least 17,5% of sugar cane bagasse, besides that, the simultaneously addition of bovine manure and sugar cane bagasse allowed better values regarding soil microbes. / Foram estudados os atributos de substratos com rejeito de lavra de bauxita cultivados com Pueraria (Pueraria phaseoloides) e Braquiaria (Brachiaria decumbens) em Barro Alto, Goiás para a recomposição florística. Para alcançar tal objetivo avaliaram-se o desempenho fitotécnico através da altura e diâmetro de caule para leguminosa e da altura e número de perfilhos basais para gramínea, além de fitomassa verde e seca para ambas as espécies. Também foram avaliados os atributos químicos dos substratos através de análises químicas dos substratos no início e término do experimento e dos atributos físicos e microbiológicos. O experimento foi conduzido em vasos no município de Barro Alto, GO, de dezembro de 2008 a junho de 2009. O delineamento utilizado foi blocos completos ao acaso, com quatro repetições e composto por 17 tratamentos com diferentes composições de esterco bovino (0% a 20,5%), bagaço de cana de açúcar (0% a 40%) e rejeito argiloso (45% a 90%) e doses distintas de fósforo para as coberturas vivas (B. decumbens, P. phaseoloides e B. decumbens + P. phaseoloides). Os tratamentos sobre os quais as gramíneas e leguminosas apresentam maior desempenho fitotécnico são todos aqueles que apresentam concentração de esterco acima de 10%. Para os atributos químicos, o tratamento com pelo menos 3,5% de esterco bovino e 8,5% de bagaço de cana-de-açúcar e sem adubação fosfatada (T5) já apresenta, inicialmente, características químicas adequadas para o crescimento das plantas em estudo, porém apresenta baixo teor de matéria orgânica. Os substratos que apresentam melhores características físicas foram aqueles sob os tratamentos com pelo menos 17,5% de bagaço de cana-de-açúcar, além disso, a adição simultaneamente de esterco bovino e bagaço de cana-de-açúcar permite os melhores valores quanto a microbiota do solo.